regolazione dell`espressione genica
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REGOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA Con ESPRESSIONE GENICA si intende quella serie di eventi che dall'attivazione della trascrizione di un gene, conducono alla produzione della proteina corrispondente. La regolazione di questi processi è molto fine e la sua complessità aumenta salendo la scala evolutiva. Studiare la regolazione dell'espressione di un gene significa accertare in quali tessuti viene espresso, in quali condizioni e qual è l'effetto di tale espressione. Punti di controllo Organizzazione della Cromatina Nucleosomi: Unità Fondamentale nell'organizzazione della Cromatina Eucariotica Organizzazione dei Nucleosomi Otto molecole istoniche formano un ottamero – – – – 2 2 2 2 molecole molecole molecole molecole di di di di H2A H2B H3 H4 146 bp di DNA arrotolate intorno all'ottamero Istone H1 lega il DNA tra gli ottameri Dal gene alla proteina. Eucarioti vs vs.. Procarioti Come è fatto un gene? Procarioti Come è fatto un gene? Eucarioti Trascrizione Sintesi di una molecola di RNA da uno stampo di DNA, ad opera della RNA polimerasi. Primo livello di controllo si effettua sull'attivazione della RNA polimearsi. Procarioti più semplice di Eucarioti Tipi di RNA Tipo di RNA Funzione mRNA RNA messageri, codificano per le proteine rRNA RNA ribosomali, formano la struttura base dei ribosomi e catalizzano la sintesi proteica tRNA RNA transfer, sintesi proteica, adattatori fra mRNA ed aminoacidi snRNA piccoli RNA nucleari, vari processi cellulari, splicing dei pre-mRNA snoRNA piccoli RNA nucleolari, processamento e modifica degli rRNA RNA non codificanti Vari processi cellulari, sintesi dei telomeri, inattivazione X, trasporto proteine in ER Punti di controllo Regolazione nei Procarioti Operone lac Operone triptofano Regolazione negli Eucarioti Promotori ed Enhancers: sequenze specifiche legati da proteine chiamate fattori di trascrizione Promotore regione vicina al sito d'inizio della trascrizione, sequenze specifiche Enhancers possono essere anche molto distanti dal sito d'inizio della trascrizione Regolazione negli Eucarioti 5' e 3' Untranslated Regions Formazione del complesso d'inizio della trascrizione TFII H TFII B Enhancers La maggior parte dei geni richiede un enhancer per essere attivamente trascritti Enhancers sono i determinanti temporali e spaziali (tessuto-specificità) dell'espressione di un gene Interazione tra fattori di trascrizione legati all'enhancer e fattori di trascrizione legati al promotore determina l'inizio della trascrizione Enhancers sono modulari La distanza degli enhancers dal sito d'inizio della trascrizione permette l'utilizzo di diversi enhancers per un singolo gene, controllo combinatoriale dell'espressione genica Modularità degli Enhancers Funzionalità dell'enhancer con un gene reporter Enhancer del gene myf-5 (muscolo-specifico) fuso alla β-galattosidasi Topi transgenici ottenuti inserendo il costrutto nel pronucleo di un embrione Allo stadio 13.5 l'embrione è stato colorato per rilevare la β-galattosidasi Il gene reporter è espresso nei muscoli dell'occhio, dell'arto interiore, del collo e nei miotomi (muscoli della schiena) I fattori di trascrizione che normalmente accendono myf-5 hanno attivato la β-galattosidasi Fattori di Trascrizione Fattori di Trascrizioni hanno Dominio di legame al DNA Dominio di Attivazione Helix-Turn-Helix Proteine omeodominio Leucine Zipper Zinc Finger Helix-Loop-Helix Diverse classi di domini di legame al DNA Facilitano la formazione del complesso di inizio della trascrizione Attivazione della cromatina Attivazione della cromatina Organizzazione dei geni delle Globine Espressione dei geni delle Globine La metilazione regola l'espressione Punti di controllo Esoni ed Introni RNA Splicing polimerasi trascrive tutta l'informazione (esoni ed introni) RNA messaggero prodotto tramite maturazione differenziale degli esoni (splicing). mRNA vengono esportati nel citolasma per essere tradotti Esoni ed Introni Splicing Meccanismi di Splicing Splicing Alternativo Splicing alternativo della tropomiosina Splicing I siti di splicing devono essere molto precisi – Se un introne non viene rimosso si verificano mutazioni frame-shift o inserzioni di aminoacidi – Se un esone viene rimosso si verificano frameshift o delezione di aminoacidi Affinchè la proteina prodotta sia quella attesa, tutti gli introni devono essere rimossi Produzione di una proteina Controllo Post-Trascrizionale Controllo Trascrizionale vs. Post-trascrizionale Controllo a livello della trascrizione – Quanto RNA viene prodotto Controllo Post-trascrizionale – Quanto "vive" un mRNA? – Quanto viene tradotto? – Dove si localizza nella cellula? Controllo Post-trascrizionale Stabilità dell'RNA Inibizione specifici Regola della traduzione di RNA l'efficienza della traduzione Controlla la localizzazione citoplasmatica degli RNA Regolazione della stabilità dell'mRNA della caseina mRNA Citoplasmatici tradotti alla fecondazione o poco dopo mRNA Funzione Organismo Cicline Regolano ciclo cellulare Riccio di mare, rana, etc. Tubulina Formazione del fuso mitotico, cilia e flagelli Topo Vg1 Determinazione del mesoderma Rana Istoni Organnizzazione della cromatina Riccio di mare, rana Fattori di crescita Crescita cellulare (anche uterina) Topo Bicoid Determina asse anteroposteriore Drosophila Proteine ribosomali Sintesi proteica Rana, Drosophila
