• Per ncDNA si intende il DNA intronico, intergenico e altre zone non

ncDNA
•
Per ncDNA si intende il DNA intronico, intergenico e altre zone non
codificanti del genoma.
•
ncDNA è caratteristico degli eucarioti:
– Sequenze codificanti → 1.5% del genoma umano
– Introni → in media 95-97% del gene codificante
– Almeno un terzo del genoma umano viene trascritto
•
L’evoluzione successiva dello spliceosoma ha facilitato la diffusione
degli introni negli eucarioti più complessi.
•
Nei procarioti si ha una piccolissima parte di ncDNA perché i processi
di trascrizione e traduzione sono quasi simultanei
•
ncDNA nei procarioti è meno dell’1%
Molte sequenze di RNA vengono trascritte e non tradotte in proteine.
Gli RNA intronici (ed esonici) possono interagire selettivamente con
molecole di DNA ed RNA con funzione di controllo dell’espressione genica
RNAi siRNA
Intronic sequences represent a large fraction of most eukaryotic genomes,
and they are known to play a critical role in genome evolution.
Based on the conserved location of introns, conserved sequence within
introns, and direct experimental evidence, it is becoming increasingly clear
that introns perform important functions such as modulating gene
expression.
A large fraction of introns present within the human genome likely
originated early in evolution, at least 600 million years ago
There are functional constraints on the placement of introns in eukaryotic
genes.
J.C. Sullivan A.M. Reitzel J.R. Finnerty
“A High Percentage of Introns in Human Genes Were Present Early in
Animal Evolution: Evidence from the Basal Metazoan Nematostella
vectensis” Genome Informatics 17(1): 219–229 (2006) 219
L’espressione genica è regolata a vari livelli
La trascrizione è mediata dall’enzima
RNA-polimerasi
RNA polimerasi
promotore:
sequenza di DNA che
segnala il punto di inizio
della trascrizione
5’
3’
5’
3’
3’
5’
apertura doppia elica
(≈ 1 giro di doppia elica
3’
5’
segnale di
terminazione per
l’RNA polimerasi
iniziazione catena RNA
3’
5’
5’
3’
allungamento catena RNA nella direzione 5’→3’
5’
3’
3’
5’
5’
3’
3’
5’
allontanamento della catena
RNA per mezzo della
ricostituzione di doppia elica
3’
5’
v ≅ 30 nucleotidi/sec ≅ 5000 in 3 min
terminazione e rilascio
dell’RNA e della polimerasi
Procarioti
Segnale di inizio
La polimerasi riconosce 2 sequenze di circa 6 basi distanziate da 25 basi
promotore
promotore
-35
-29
-12
-6
|
|
|
|
5’-TAGTGTATTGACATGATAGAAGCACTCTACTATATTCTCAATAGGTCCACG-3’
3’-ATCACATAACTGTACTATCTTCGTGAGATGATATAAGAGTTATCCAGGTGC-5’
partenza trascrizione RNA 5’
3’
AGGUCCACG
Segnale di stop
sequenze palindrome
poli T
5’-CCCACAGCCGCCAGTTCCGCTGGCGGCATTTTAACTTTCTTTAATGA-3’
3’-GGGTGTCGGCGGTCAAGGCGACCGCCGTAAAATTGAAAGAAATTACT-5’
trascrizione
5’-CCCACAGCCGCCAGUUCCGCUGGCGGCAUUUUAACUUUCUUUAATGA-3’
C
U C
U
G
C
G
U
A
folding dell’RNA
G
C
terminazione
G
C
C
G
G
C
G
C
C
G
A
A
UUUU-3’
5’-CCCAC
che favorisce la
I nuclei delle cellule eucariotiche contengono tre tipi di polimerasi
iRNA
DNA non codificante
ncDNA
Teorie sul ruolo genetico
RNAi e miRNA
Liberamente tratto dalla tesina del Dr. Emiliano Mancini
ncDNA
•
Per ncDNA si intende il DNA intronico, intergenico e altre zone non
codificanti del genoma.
•
ncDNA è caratteristico degli eucarioti:
– Sequenze codificanti → 1.5% del genoma umano
– Introni → in media 95-97% del gene codificante
– Almeno un terzo del genoma umano viene trascritto
•
L’evoluzione successiva dello spliceosoma ha facilitato la diffusione
degli introni negli eucarioti più complessi.
•
Nei procarioti si ha una piccolissima parte di ncDNA perché i processi
di trascrizione e traduzione sono quasi simultanei
•
ncDNA nei procarioti è meno dell’1%
Attività genetica:
tradizionalmente si riteneva...
Procarioti
Eucarioti
ncDNA
Ipotesi sul ruolo del ncDNA:
• facilita il processo di riassortimento
• è presente per motivi strutturali
• è una traccia dell’assemblamento casuale prebiotico
Il ncDNA dopo l’escissione viene semplicemente degradato e riciclato
Alcune regioni del genoma codificano per l’rRNA e il tRNA necessari
alla sintesi proteica
I genomi sequenziati di batteri e archeobatteri sono costituiti principalmente da
sequenze codificanti affiancate da regioni di controllo dell’espressione. .
...attualmente si ritiene
Eucarioti
RNA intronici ed esonici interagendo
con altre molecole possono dirigersi
selettivamente verso bersagli posti su
altre molecole di DNA ed RNA
Sono state identificate migliaia di
sequenze di RNA che vengono
trascritte e non tradotte in proteine.
Inutile spreco energetico?
RNAi
Il meccanismo dell’RNA interference, scoperto nel 1998 da studi sul C.Elegans1,
segue la scoperta delle capacità di gene silencing dell’RNA antisenso:
una molecola artificiale di RNA (single strand) che si lega all’mRNA e ne
impedisce la traduzione in proteina.
RNAi è in grado di combattere infezioni di RNA virus per cui si pensa che si sia
evoluto per proteggere le cellule eucariotiche contro forme invasive di acidi
nucleici
Caratteristiche importanti dell’RNAi:
• RNAi si diffonde nell’individuo e può essere trasmesso alla progenie
• Solo poche molecole di dsRNA sono sufficienti ad innescare il
meccanismo di RNAi ⇒presenza di componenti catalitiche di
amplificazione
• RNAi agisce a livello post-trascrizionale poiché dsRNA
corrispondenti a sequenze introniche non attivano l’RNAi
• RNAi è altamente specifico: l’iniezione di dsRNA omologo a
sequenze esoniche specifiche di un gene eliminano o riducono solo
l’mRNA corrispondete a quel gene particolare.
1Caenorhabditis
elegans è un verme lungo circa 1 mm, che vive nel suolo, in regioni temperate.
RNAi
4 stadi:
1. Dicer taglia il dsRNA in
frammenti a doppia elica
lunghi 21-25 nucleotidi
(siRNA)
2. Gli siRNA vengono
incorporati in un
complesso detto RISC
(RNA-induced silencing
complex)
3. Attivazione del RISC
mediante la separazione
delle due catene
4. Degradazione di mRNA
complementare allo
strand di guida del
siRNA presente nel
RISC
5. Si ha un ulteriore step che varia a seconda degli organismi.
Questi siRNA secondari vengono generati durante un’amplificazione
ciclica nella quale l’RdRp (RNA-dependent RNA polimerase)
viene direzionata sul mRNA bersaglio dai siRNA esistenti
CTAT movie
Figure 7-10 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 7-36 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)