regolazione dell`espressione genica

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