ESPRESSIONE DEL GENOMA UMANO NELLE CELLULE DIFFERENZIATE Tutte le cellule di un organismo hanno lo stesso corredo genomico (~40000 geni), mentre il fenotipo morfo-funzionale dei tipi cellulari e tissutali è determinato dall'espressione genica tessuto specifica. In ogni cellula differenziata ed in ogni particolare momento dello sviluppo è attivo solo un sottoinsieme di geni. 1. Geni housekeeping (attivi in tutte le cellule) 2. Geni con espressione ristretta nello spazio: o o o o Geni espressi in più organi/tessuti diversi. Possono avere lo stesso ruolo in più tessuti oppure un gene può codificare per diverse isoforme, grazie all'uso di promotori alternativi e/o splicing alternativo tessuto specifico. Espressione specifica per tessuto, linea o tipo cellulare Espressione solo in singole cellule Distribuzione intracellulare o extracellulare 3. Geni con espressione ristretta nel tempo: o o o o Stadio di sviluppo Stadio di differenziamento Momento del ciclo cellulare Espressione inducibile da parte di fattori ambientali o extracellulari La regolazione dell'espressione genica può agire su ciascuno dei livelli che caratterizzano il passare dell’informazione genica dal DNA alle proteine: Tuttavia, si può affermare che negli eucarioti superiori si svolge pricipalmente come controllo della trascrizione. Come avviene l'inizio della trascrizione? La RNA polimerasi riconosce l’inizio del gene. Viene diretta sul TSS (Transcription Start Site) sulla base della sua affinita’ per la specifica sequenza upstream al gene, ovvero il promotore. La doppia elica viene aperta dove inizia la sintesi del messaggero. Dapprima i fattori di trascrizione (TF) legano la sequenza promotrice (e gli enhancers) formando un complesso multiproteico. Solo in seguito il complesso recluta la pol II complessata ad alcuni GTF (general TF) e questa si lega al promotore core. I principali elementi che si possono identificare nei promotori della polimerasi II sono il TSS, che di solito si trova vicino alla regione Iniziatore (Initiator) e almeno un sito di legame per un GTF, spesso TBP (TATA binding protein). CORE PROMOTER ELEMENTS: TATAbox, Initiator, Downstream promoter element TRANSCRIPTION FACTORS (TF) BINDING SITES: CAAT box, GC box, Sp-1 sites, GAGA boxes ENHANCER(S) SITES La figura che segue illustra l'assemblaggio del complesso attivatore della trascrizione sul promotore prosimale e sulla regione core: Il pannello (a) è una rappresentazione schematica del promotore prossimale con tre siti di legame per diversi fattori di trascrizione, il TATA box e la regione Iniziatore. La freccia indica il sito d'inizio della trascrizione. Quando i fattori di trascrizione e il complesso TFIID (che include la proteina legante il TATA box, TBP) si legano al promotore, viene indotta una curvatura di circa 90° nella molecola di DNA (pannello (b)). In seguito, si lega anche il complesso della Polimerasi II e dei fattori di trascrizione generali (GTFs) ed avviene l'inizio della trascrizione (pannello (c)): La struttura schematica di un promotore per la Pol II è schematizzata nella figura che segue: Il "core promoter" è la regione sufficiente a determinare il corretto sito di inizio della trascrizione (TSS = transcription start site); il promotore prossimale (200-300 bp a monte del TSS) è responsabile, almeno in parte, della modulazione dell'espressione, mentre quello distale, che lega altri TF, è nella regione da -100 bp a -2Mb a monte del TSS. In promotori funzionali non sempre sono presenti tutti gli elementi. Ad esempio, esistono promotori funzionali con o senza TATA box (definiti "TATA-less"): © Stefania Bortoluzzi e Francesco Filippini, 2002-2012