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Sylvia S. Mader
Immagini e
concetti
della biologia
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Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
B3 – La
regolazione genica
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Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
I procarioti controllano
l’espressione genica
Nei procarioti certe proteine legate al DNA «accendono»
e «spengono» i geni.
La regolazione genica nei procarioti è spiegata dal
modello dell’operone, formato dai seguenti componenti:
• un gene regolatore;
• un promotore;
• un operatore;
• alcuni geni strutturali.
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I procarioti controllano
l’espressione genica
L’operone lac è un
operone inducibile: in
assenza di lattosio
l’operone è inattivo,
mentre in presenza di
lattosio l’operone è
attivo e vengono così
prodotti gli enzimi per
digerire il lattosio.
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Negli eucarioti l’espressione genica
specializza le cellule
Le cellule eucariotiche sono specializzate grazie
all’attivazione di certi geni.
Esempi di espressione genica in cellule specializzate: i geni «accesi»
sono quelli contrassegnati in colore.
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È possibile clonare animali partendo
da un nucleo diploide
Nella clonazione riproduttiva di un animale lo scopo è
quello di ottenere un individuo esattamente identico a
quello di origine.
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È possibile clonare animali partendo
da un nucleo diploide
Nella clonazione terapeutica lo scopo è quello di
ottenere cellule mature variamente specializzate a scopo
terapeutico.
Per la clonazione terapeutica si possono usare cellule
staminali embrionali o cellule staminali mature.
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La clonazione animale: i pro e i contro
Pro
• La clonazione riproduttiva può essere l’unico modo,
oggi, per salvare specie gravemente minacciate
dall’estinzione.
• La clonazione terapeutica può essere orientata a
sviluppare e riparare organi e tessuti, o a combattere
malattie.
Contro
• Il DNA mitocondriale del donatore non viene trasmesso
al clone, che può invecchiare precocemente.
• Nei cloni il tasso di mutazione è più alto e la regolazione
dell’espressione genica è anomala.
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Negli eucarioti l’espressione genica è
controllata a vari livelli
Negli eucarioti il DNA è sempre associato con abbondanti
proteine. L’acido nucleico e le proteine formano un
materiale dall’aspetto filiforme chiamato cromatina.
Durante la divisione cellulare, la cromatina si condensa
notevolmente formando i cromosomi.
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I geni fortemente condensati nella
cromatina non vengono espressi
Nell’interfase la maggior parte della cromatina si trova in
uno stato poco condensato, lasso, chiamato eucromatina.
I geni posti nell’eucromatina possono venire espressi.
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Negli eucarioti le proteine legate al
DNA regolano la trascrizione
I fattori di trascrizione sono proteine che regolano la
trascrizione del DNA. Gli attivatori di trascrizione sono
coinvolti nella promozione della trascrizione; essi si legano a
regioni di DNA chiamate intensificatori (o enhancers).
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L’elaborazione dell’mRNA nel nucleo
può influenzare l’espressione dei geni
Il controllo posttrascrizione ha luogo nel
nucleo e coinvolge:
• l’elaborazione del
trascritto primario (premRNA);
• la velocità con cui
l’mRNA abbandona il
nucleo.
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Nel citoplasma ha luogo l’ultimo
controllo dell’espressione dei geni
Gli ultimi due stadi del controllo dell’espressione genica
hanno luogo nel citoplasma, uno a livello della traduzione
e uno che agisce a traduzione avvenuta.
Il controllo di traduzione ha inizio quando la molecola di
mRNA elaborato raggiunge il citoplasma, prima della
sintesi proteica.
Il controllo post-traduzione interviene una volta che la
proteina è stata sintetizzata e prima che diventi attiva.
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Panoramica
finale del
controllo
dell’espressione
genica negli
eucarioti
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Nello sviluppo è importante il
controllo dell’espressione genica
Perché lo sviluppo avvenga in
modo normale, i geni devono
essere «accesi» e «spenti» in una
precisa sequenza.
In Drosophila melanogaster alcuni
geni determinano lo sviluppo
dell’asse antero-posteriore e dorsoventrale dell’animale, altri geni
determinano le modalità della
segmentazione delle parti del corpo
(immagini a sinistra).
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I geni omeotici e l’apoptosi si ritrovano
in un’ampia varietà di animali
I geni omeotici vengono attivati dopo quelli che regolano
la segmentazione e stabiliscono quali parti del corpo si
svilupperanno da ogni segmento.
Tutti i geni omeotici contengono la stessa particolare
sequenza nucleotidica, che è stata chiamata omeobox.
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Le mutazioni genetiche possono
provocare il cancro
L’apoptosi (morte cellulare programmata) è un meccanismo molto
importante per la prevenzione della cancerogenesi. Nel cancro la
cellula perde il controllo del ciclo cellulare a causa di mutazioni di due
tipi di geni:
• i protoncogeni, che codificano per proteine che promuovono il ciclo
cellulare e inibiscono l’apoptosi;
• i geni soppressori dei tumori, che codificano per proteine che
inibiscono il ciclo cellulare e favoriscono l’apoptosi.
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Il cancro si sviluppa quando la cellula
non controlla bene il ciclo cellulare
L’azione anormale degli oncogeni e dei geni soppressori
dei tumori provoca un’espressione esagerata dei geni per
la ciclina e la produzione di proteina p53 non funzionante;
in generale, quando i protoncogeni diventano oncogeni
l’apoptosi non avviene.
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Nel cancro i prodotti di
geni difettosi
interferiscono con la
trasduzione del segnale
In un percorso stimolatorio
normale, il protoncogene
codifica per una proteina
che stimola il ciclo cellulare.
In un percorso stimolatorio
anormale, l’oncogene
codifica per una proteina
che iperstimola il ciclo
cellulare.
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Nel cancro i prodotti di
geni difettosi
interferiscono con la
trasduzione del segnale
In un percorso inibitorio normale
un gene soppressore dei
tumori codifica per una proteina
che inibisce il ciclo cellulare.
In un percorso inibitorio
anormale un gene
soppressore dei tumori
mutato codifica per una
proteina incapace di inibire il
ciclo cellulare.
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Il cancro
procede
lentamente e
diventa
maligno
gradualmente
La cancerogenesi,
ossia lo sviluppo di un
tumore maligno,
richiede l’intervento di
numerose mutazioni; il
processo risulta quindi
graduale.
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Le cellule del tumore
rilasciano fattori di crescita
che promuovono
l’angiogenesi, ossia la
formazione di nuovi vasi
sanguigni.
Le cellule tumorali
invadono anche i vasi
linfatici e sanguigni, e
vengono così trasportate
ad altre parti del corpo.
Quando le cellule
cancerose danno origine a
nuovi tumori in distretti
lontani dal tumore
originario, si dice che il
cancro è in metastasi.
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La terapia del cancro tende a colpire
le cellule malate in modo selettivo
La diagnosi del cancro richiede un’attenta valutazione della salute
generale e un esame medico del paziente (esami del sangue e delle
urine, indagini per immagini, biopsia, esami endoscopici e chirurgici,
test genetici).
L’asportazione chirurgica è indicata per i cancri in situ, ma visto il
rischio di lasciare alcune cellule malate, gli interventi sono spesso
preceduti e/o seguiti da chemioterapia e/o radioterapia.
La chemioterapia è il trattamento del cancro con farmaci e tende ad
agire in modo selettivo sulle cellule cancerose.
La radioterapia si basa sull’uso di radiazioni ionizzanti che
colpiscono con forte energia le cellule cancerose danneggiandole o
distruggendole.
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