07/01/2015
Regolazione dell’espressione genica
• L’adattamento alle differenti condizioni ambientali e
fisiologiche si realizza tramite la regolazione
dell’espressione genica
• Geni soggetti a regolazione vengono espressi
esclusivamente per specifiche necessità della cellula ed
in risposta a segnali specifici, evitando così “sprechi
energetici”
• Tra i geni soggetti a regolazione: geni per l’utilizzazione
di particolari fonti di carbonio, riparazione del DNA,
geni coinvolti nella risposta a stress ambientali
Un modello semplice di crescita cellulare:
La curva di crescita batterica (E. coli)
Adattamento
a nuova fase
Fine della fase di crescita:
stasi cellulare/ morte
Crescita su fonte di
carbonio alternativa
Crescita su glucosio
(fonte preferita di
(es. amino acidi, acidi grassi,
zuccheri complessi o altri composti organici)
carbonio)
Espressione di fenotipi e comportamenti cellulari specifici
Mobilità cellulare (espressione del flagello)
Crescita su
glicerolo
Motilità cellulare
Crescita su
glucosio
1
07/01/2015
Regolazione a livello trascrizionale:
La forma “preferita” di regolazione genica
• La regolazione a livello trascrizionale interessa la
grande maggioranza dei geni
• Vantaggio: massimo “risparmio energetico”
(nessuna produzione di mRNA/proteina)
• Regolazione possibile a diversi livelli: iniziazione,
elongazione, terminazione e stabilità del messaggero
• Possibilità di regolazione “positiva” o “negativa”
della trascrizione (Attivazione o Repressione)
I due livelli funzionali della
regolazione trascrizionale
• RNA polimerasi
Regolazione da fattori sigma “alternativi”
(principalmente regolazione positiva)
• Regolazione da proteine (fattori) accessorie
all’RNA polimerasi
(regolazione sia positiva che negativa)
I fattori s dell’RNA polimerasi hanno un ruolo
chiave nella regolazione della trascrizione
2
07/01/2015
Il “Promotore perfetto”
UP element
-35
Ext.
D +1
-10
AAATAAAATTTTTAAn..nTTGACAnnn…nnnTGnTATAATnnattAn
14nt
4-6nt
4-6nt
17nt
Riconosciuto dalla subunità a
Riconosciuti dalla subunità s
Fattori sigma differenti sono specifici per
la trascrizione di classi funzionali diverse
Fattore s
Gene
Funzione
sD
rpoD
Fattore s principale
(housekeeping)
sS
rpoS
Adattamento a fase stazionaria
sN (s54)
rpoN
Metabolismo/carenza di azoto/carbonio
sH
rpoH
Shock termico
sE
rpoE
Shock termico “estremo”
sF
flaI
Flagello e strutture extracellulari
sI
fecI
Assimilazione ferro
(s70)
Il promotore perfetto per s54
UP element
-12
-24
D +1
ATAAAATTTTTAA n..nnnnn CTTGGCACNNNNNTTGCa/tnnattA
15-20 nt
Riconosciuto dalla subunità a
4-6nt
4-6nt
Riconosciuti da s54
3
07/01/2015
Un esempio di fattore sigma alternativo:
sS
Cellule in crescita
Cellule in fase
stazionaria
Riduzione della
velocità di crescita
Accumulo di fattori
trascrizionali specifici
(Sigma S)
Cambio nell’espressione genica
cellulare
Cambiamenti nella morfologia e
nella fisiologia cellulare
σS
Adattamento alle nuove
condizioni
Mutazioni nel gene rpoS in Escherichia coli:
Effetti pleiotropici
Biofilm
Sopravvivenza a stress ossidativo
(H2O2)
WT
rpoS
katE
rpoS
WT
Attivazione o Repressione
• Attivazione (controllo positivo)
promotori “deboli” (=basso livello di trascrizione)
non riconosciuti da RNA pol in assenza di una
proteina regolatrice (attivatore)
• Repressione (controllo negativo)
promotori “forti” (=+ alto livello di trascrizione)
la proteina regolatrice blocca l’interazione
RNA pol/promotore
4
07/01/2015
Sito di legame
• Le proteine regolatrici (sia attivatori che
repressori) si legano a delle sequenze
specifiche sul DNA (Sequenze di legame o
sequenze bersaglio)
• Le sequenze di legame sono in genere
parte integrante del promotore
Un esempio di sito di legame
CONSENSUS:
AAATGTGA_6bp_TCACATTT
5
