Regolazione genica negli eucarioti

Capitolo 15 – Regolazione genica negli eucarioti
15.1
Un’unica cellula, l’ovulo fecondato, è totipotente, ovvero ha la capacità di produrre
un individuo completo adulto normale. Divisioni mitotiche ripetitive convertono lo
zigote in un organismo multicellulare. Durante questa proliferazione cellulare, molte
cellule differenziano in tipi che hanno morfologia e funzione fisiologica differente.
Queste differenze sono associate ai tipi differenti di proteine prodotte da queste cellule. Per esempio, l’ormone proteico insulina viene sintetizzato solamente dalle cellule
beta delle isole di Langerhans del pancreas, mentre l’emoglobina viene prodotta solamente dalle cellule eritropoietiche.
a. Si spieghi come proteine differenti vengono sintetizzate da tipi cellulari diversi
sulla base della conoscenza della regolazione del processo di sviluppo.
b. Le cellule differenziate sono totipotenti? Si immagini un esperimento che può da-
re una risposta positiva a questa domanda.
c. In un esperimento del tipo descritto in (b), se un nucleo di un oocita viene esposto
alla luce ultravioletta, una risposta positiva potrebbe essere dovuta all’incapacità
della radiazione di distruggere il nucleo nativo dell’oocita. Si proponga un esperimento che possa provare che questa non era la causa del risultato positivo.
15.2
Perché i controlli della traduzione sono meno critici per i geni degli eucarioti che per
molti geni dei procarioti?
15.3
È stato osservato che la concentrazione di uno specifico mRNA citoplasmatico è più
elevata in certe condizioni rispetto ad altre. Questa osservazione indica che il controllo trascrizionale di quel gene è operativo? Lo si spieghi.
15.4
Si ritiene che gli ormoni regolino l’attività dei geni principalmente a livello di
a.
b.
c.
d.
e.
trascrizione
maturazione dell’mRNA
trasporto dell’RNA dal nucleo al citoplasma
traduzione
processi di maturazione post-traduzionale.
R.J.Brooker, Principi di genetica – Copyright © 2010 The McGraw-Hill Companies S.r.l., Publishing Group Italia
Soluzioni
15.1
a. Differenti gruppi di geni vengono silenziati o attivati in ogni tipo cellulare, deter-
minando un programma di espressione genica specifico per quella cellula. Può
anche aver luogo la regolazione trasduzionale delle molecole di mRNA.
b. Si rimuova (con una micropipetta) o si distrugga (per esempio con le radiazioni) il
nucleo di un oocita fertilizzato. Quindi si trapianti un nucleo diploide da una cellula differenziata della stessa specie nell’oocita enucleato. Se da quest’oocita può
svilupparsi un organismo adulto completo e normale allora lo sviluppo in questa
specie deve essere totipotente. Non si possono generalizzare questi risultati a tutte
le specie perché specie differenti possono non dare risultati simili in questo tipo di
esperimenti di trapianto.
c. Si trapianti un nucleo conspecifico (della stessa specie) contenente un marcatore
genetico diverso da quello dell’individuo ricevente. Se tutte le cellule
dell’organismo adulto che ne risulta contengono solo il marcatore del trapianto,
allora l’oocita nativo deve essere stato distrutto dal trattamento con la luce ultravioletta.
15.2
Tutti gli mRNA citoplasmatici degli eucarioti sono monocistronici, mentre molti
mRNA dei procarioti sono policistronici. Quindi, in un operone batterico, se è necessario il prodotto di un gene strutturale mentre un altro non lo è, l’espressione dovrà
essere controllata a livello della traduzione (o forse a valle della traduzione).
15.3
Il controllo trascrizionale può essere operativo. Tuttavia, la regolazione posttrascrizionale può essere responsabile da sola o insieme al controllo a livello della
traduzione. I trascritti primari di mRNA negli eucarioti sono soggetti all’imposizione
di un cappuccio in 5′, alla poliadenilazione in 3′, alla rimozione degli introni e alla
saldatura degli esoni, alla degradazione dell’RNA e al trasporto attraverso l’involucro
nucleare; ogni operazione rappresenta un potenziale punto di controllo.
15.4
a
R.J.Brooker, Principi di genetica – Copyright © 2010 The McGraw-Hill Companies S.r.l., Publishing Group Italia