Benjamin A. PIERCE
Genetica
La trascrizione e i tipi di
Prima edizione
molecole
di RNA
Capitolo 13:
La trascrizione
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• A gene is not directly translated into protein
• It is first expressed into mRNA
• Then translated into protein from the RNA
intermediate
– Transcription into mRNA
– Translation of mRNA into protein
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Upstream Regions
a) Mammalian gene
-10 to –50 kb
-200
-30
+10 to +50 kb
b) S. cerevisiae gene
-500
-100
Exon
Intron
Enhancer
or UAS
Proximal
Promoter
element
TATA box
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Initiation of Transcription
1. Inactive
3. Recruitment Phase B
E
TATA
F
GENE
RNA pol
H
2. Recruitment Phase A
TF11D
F
E
H
TF11D
B
TATA
TF11D = (TAFs + TBP)
B
RNA pol
GENE
4. Transcription Starts!!!
?
B
?
E
TF11D
TATA
?
GENE
H
B
A
TF11D
TATA
F
RNA pol
GENE
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Transcription Factors, TF
• Required but not a part of RNA pol complex
• Role in Gene Regulation
– Binding
– Interaction
– Initiation
– Enhancing
– Silencing
E
?
?
?
H
B
F
TF11D
RNA pol
TATA
GENE
• Several different structural classes
• DNA-binding domain + Interactive domain
• Position and Combination – Important!
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mRNA
– Synthesized by a DNA template by the
same concept of complementarity
– Single stranded nucleic acid
– Identical to DNA apart the replacement
of T with U
– Includes additional sequences on either
end:
• 5’ nontranslated region the leader
• 3’ nontranslationl region the trailer
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RNA polimerasi batterica
RNA polimerasi eucariotiche
- RNApol II
- RNApol I
- RNApolIII
pre-mRNA, snoRNA, alcuni snRNA
rRNA
tRNA, rRNA piccoli, alcuni rsnNA
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1. INIZIO della TRASCRIZIONE
1. Riconoscimento del promotore
PROMOTORE BATTERICO
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1. INIZIO della TRASCRIZIONE
1. Riconoscimento del promotore
Seq.-35 e –10 (seq. AT –40/-60 con cui
sub.alpha prende contatto)
2. Formazione della bolla di trascrizione
3. Creazione dei primi legami tra rNTP
4. Avanzamento della RNAPol a partire dal
promotore
2. ALLUNGAMENTO
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Terminatore Rhodipendente
- seq.DNA che producono una
pausa nella trascrizione
- Seq.DNA che codifica per
RNA a monte del terminatore
privo di struttura secondaria.
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L’ RNA Polimerasi II
• Catalizza la trascrizione di tutti i geni codificanti
proteine (mRNAs), piu’ 4 snRNAs che
partecipano allo splicing
• E’ formata da 2 subunita’ grandi (Large) L
(128-150 kDa) e L’ (160-220 kDa), e da 12-15
subunita’ piu’ piccole, alcune specifiche ed altre
in comune con l’ RNA Pol I e/o III
• L’estremita’ carbossi-terminale della subunita’
piu’ grande, L’, contiene una sequenza di 7 aa (il
dominio carbossi-terminale o CTD) che e’
ripetuto molte volte (26x in lievito, 52x in
mammiferi)
• Il CTD (Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser) e’ essenziale
per la vitalita’ di un’organismo, e viene fosforilato
durante la trascrizione
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L’inizio della trascrizione da parte
dell’RNA Pol II richiede multipli fattori
• Fattori di trascrizione generali (GTF) insieme con l’RNA Pol II
formano l’apparato trascrizionale basale, sufficiente alla
trascrizione in vitro
– TBP (che con i fattori associati a TBP (TAF) forma -> TFIID)
– TFIIA, TFIIB, TFIIF, TFIIE, TFIIH
• Co-attivatori, che sono richiesti per la trascrizione in presenza di
cromatina (trascrizione attivata)
– TAFs
– Acetilasi di istoni (HATs)
– Proteine che rimodellano la cromatina (SWI/SNF)
• Fattori associati all’RNA polimerasi (il Mediatore)
• Fattori di trascrizione specifici, richiesti per la trascrizione attivata:
servono per reclutare e assemblare l’apparato trascrizionale
– Si legano a elementi di riconoscimento sul promotore e
sull’enhancer
– Multipli fattori di trascrizione sono normalmente coinvolti
nell’attivazione di un gene
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Diversamente dai procarioti, la
trascrizione dei geni eucarioti e’
controllata da numerosi elementi
TBP
TFIIs
Pol.II
B
nery
i
h
c
a
m
asal tr.
TATA
~ -200
ENHANCER
(~ 100 bp)
PROSSIMALE
~ -50
CORE
PROMOTORE
LA CROMATINA
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LA TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI
- Rimodellamento cromatina
- Inizio della trascrizione (promotori ed enhancer)
- Reclutamento TF e/o attivatori trascrizionali e in seguito
RNA Pol
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TFIID
• TFIID e’ il GTF piu’grande, con una massa di circa 750 kDa
• Include una singola proteina di 38 kDa che lega la TATA
box (TBP) e 11 fattori associati a TBP (TAFs)
• I TAF sono considerati co-attivatori (cioe’ non sono
necessari per la trascrizione basale in vitro)
• TBP e’ la prima proteina che contatta il core promoter
• La regione C-terminale e’ altamente conservata (80% di
identita’ tra lievito e uomo)
• TBP e’ un monomero che si ripiega a “sella di cavallo”, le
cui 2 meta’ contattano il DNA lungo il solco minore
causando una considerevole distorsione (bending)
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The conserved C-terminal domain of TBP
binds to TATA-box DNA
TBP is a subunit of
TFIID
Lodish
Figure
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TERMINAZIONE
1. RNA Pol I: fattore di terminazione si lega a DNA
posta a valle del sito di terminazione
2. RNA Pol III: sequenza di terminazione poli-U in
RNA
3. RNA Pol II: terminazione in corrispondenza di
siti localizzati in regione molto estesa o
terminazione oltre regione che codifica mRNA
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RNA polcistronici
RNA monocistronici
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CPSF= fattore per la specificità del taglio e della poliadenilazione
CstF= fattore di stimolazione del taglio
PAP= poli-A-polimerasi
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18-38nt
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Esistono molteplici livelli di regolazione
dell’espressione genica negli eucarioti
NUCLEO
Genoma
controllo trascrizionale: legame di
fattori trascrizionali tessuto specifici,
legame diretto di ormoni, fattori di
crescita o elementi intermedi a elementi
responsivi di geni inducibili
Meccanismi epigenetici: controllo a lungo e
corto raggio mediante rimodellamento della
struttura della cromatina
Trascritto primario
(precursore)
controllo post-trascrizionale: splicing
alternativo, polyA alternativo, RNA editing
tessuto-specifico
mRNA
CITOPLASMA
controllo
traduzionale
traduzione
controllo del trasporto
mRNA
controllo della stabilità
degradazione
PROTEINA
controllo post-traduzionale
PROTEINA attiva o inattiva
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t-RNA
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Nei mammiferi
Unico gene per rRNA 28S, 18S e 5,8S + gene per 5S
Nei batteri
Unico gene per rRNA 23S, 16S, 5S
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