sintesi e maturazione degli rna cellulari

SINTESI E MATURAZIONE DEGLI RNA
CELLULARI
PER TRASCRIZIONE SI INTENDE LA SINTESI
DI UNA MOLECOLA DI RNA COMPLEMENTARE
AD UNO STAMPO DI DNA.
GLI RNA CELLULARI SONO DISTINTI IN TRE
PRINCIPALI CATEGORIE:
•RNA MESSAGGERI O mRNA
•RNA DI TRASPORTO O tRNA
•RNA RIBOSOMALI O rRNA
QUESTE MOLECOLE COLLABORANO NEL
CORSO DELLA SINTESI PROTEICA
FIGURA 5.8 GENES VII = 7.9 GENE VI
LA TRASCRIZIONE E’ CATALIZZATA DALLE
RNA POLIMERASI DNA-DIPENDENTI.
FIGURA 3.4 GENOMI II
FIGURA 10.2 GENOMI II
BOLLA DI TRASCRIZIONE
(15-20 NUCLEOTIDI)
DNA
RNA
ELICA SENSO (+)
ELICA ANTISENSO (-)
TRASCRIZIONE (RNA
POLIMERASI DNADIPENDENTE)
(+)
L’ELICA SENSO E’ ANCHE DETTA FILAMENTO
CODIFICANTE (NEL CASO DI GENI
CODIFICANTI); L’ELICA ANTISENSO E’ ANCHE
DETTA FILAMENTO STAMPO. L’RNA
NEOSINTETIZZATO POSSIEDE LA STESSA
SEQUENZA NUCLEOTIDICA DELL’ELICA
SENSO, FATTA ECCEZIONE PER LA
PRESENZA DI U AL POSTO DI T.
FIGURA 5.1
GENES VII = 7.1
GENE VI
LE RNA POLIMERASI DNA-DIPENDENTI
LEGGONO IL FILAMENTO STAMPO DEL DNA
IN DIREZIONE 3’->5’ E POLIMERIZZANO IN
DIREZIONE 5’->3’. NON NECESSITANO DI
INNESCO. UTILIZZANO RIBONUCLEOTIDI 5’TRIFOSFATO.
FIGURA 3.5 GENOMI II
LE RNA POLIMERASI RICONOSCONO LE
REGIONI DEL GENOMA DA TRASCIVERE
GRAZIE A SPECIFICI SEGNALI DI INIZIO E
TERMINE DELLA TRASCRIZIONE,
DENOMINATI PROMOTORI E TERMINATORI
DELLA TRASCRIZIONE.
P
T
DNA
FIGURA 11.9 IL GENE VI
FIGURA 3.6 GENOMI II
GLI mRNA SONO MOLECOLE DI RNA DOTATE
DI UNA MODESTA STRUTTURA SECONDARIA
CHE VEICOLANO AI RIBOSOMI LE
INFORMAZIONI NECESSARIE ALLA SINTESI
DELLE PROTEINE. LA LUNGHEZZA DEGLI
mRNA VARIA DA POCHE CENTINAIA A
SVARIATE MIGLIAIA DI BASI, IN UNA CERTA
MISURA IN DIPENDENZA DELLA LUNGHEZZA
DELLA PROTEINA CODIFICATA.
LA SEQUENZA CODIFICANTE DI UN mRNA E’
FORMATA DA UNA SERIE DI TRIPLETTE DI
NUCLEOTIDI CIASCUNA DELLE QUALI
SPECIFICA UN AMMINOACIDO. CIASCUNA
TRIPLETTA E’ DEFINITA CODONE.
LA SPECIFICA RELAZIONE
CODONE/AMMINOACIDO E’ DEFINITA CODICE
GENETICO.
FIGURA 3.20 GENOMI II
PROPRIETA’ FONDAMENTALI DEL CODICE
GENETICO SONO:
•L’UNIVERSALITA’ (IL CODICE E’ LO STESSO
PER TUTTI GLI ORGANISMI, A PARTE RARE
ECCEZIONI RELATIVE AI GENOMI
MITOCONDRIALI)
•LA DEGENERAZIONE (CI SONO PIU’ CODONI
CHE SPECIFICANO LO STESSO
AMMINOACIDO)
LA PRIMA TRIPLETTA E’ QUASI SEMPRE UN
AUG (CODONE DI INIZIO); L’ULTIMA PUO’
ESSERE UN UAA, UAG O UGA (CODONI DI
TERMINAZIONE).
OLTRE ALLA SEQUENZA CODIFICANTE,
CIASCUN MESSAGGERO CONTIENE ANCHE
REGIONI NON CODIFICANTI DETTE UTR
(UNTRANSLATED REGIONS).
5’-UTR
AUG
UAA, UAG O UGA
SEQUENZA CODIFICANTE
3’-UTR
NEI PROCARIOTI LA TRASCRIZIONE DEI GENI
CODIFICANTI GENERA mRNA GIA’
FUNZIONALI CHE POSSONO ESSERE
IMMEDIATAMENTE TRADOTTI. GLI mRNA
PROCARIOTICI INIZIANO INFATTI A
SVOLGERE LA LORO FUNZIONE ANCORA
PRIMA CHE LA LORO SINTESI SIA
COMPLETATA (TRASCRIZIONE E
TRADUZIONE AVVENGONO
CONTEMPORANEAMENTE)
FIGURA 10.1 GENOMI II
FIGURA 5.13 GENES VII = 7.13 GENE VI
NEGLI EUCARIOTI I PRECURSORI DEGLI
mRNA SUBISCONO NEL NUCLEO UN
COMPLESSO PROCESSO DI MATURAZIONE E
POI SONO TRASFERITI NEL CITOPLASMA
PER LA TRADUZIONE.
IL PROCESSO DI TRASCRIZIONE PUO’
ESSERE SUDDIVISO IN TRE FASI: INIZIO,
ALLUNGAMENTO E TERMINAZIONE.
LA FASE DI INIZIO RIGUARDA IL LEGAME
DELLA RNA POLIMERASI AL PROMOTORE E
LA SUCCESSIVA FORMAZIONE DI UNA BOLLA
DI TRASCRIZIONE.
LA FASE DI ALLUNGAMENTO RIGUARDA LA
SINTESI DELL’RNA.
LA FASE DI TERMINAZIONE RIGUARDA IL
DISTACCO DELLA MOLECOLA DI RNA DALLO
STAMPO DI DNA.
LA TRASCRIZIONE NEI PROCARIOTI
NEI PROCARIOTI UN’UNICA RNA POLIMERASI
TRASCRIVE TUTTI GLI RNA (NEGLI
EUCARIOTI CI SONO INVECE TRE RNA
POLIMERASI)
FIGURA 11.10 IL GENE VI
FIGURA 11.4 IL GENE VI
FIGURA P. 279 GENOMI II
FIGURA 9.20 GENOMI II
FIGURA 9.17 GENOMI II
TABELLA 9.4 GENOMI II
L’AFFINITA’ PER IL PROMOTORE DELLA RNA
POLIMERASI DI E. COLI E’ RELATIVAMENTE
ELEVATA.
NELLA MAGGIOR PARTE DEI GENI
PROCARIOTICI LA TRASCRIZIONE PUO’
AVVENIRE IN ASSENZA DI ALTRI FATTORI
PROTEICI: LA RNA POLIMERASI SI LEGA
DIRETTAMENTE AL PROMOTORE ED INIZIA A
TRASCRIVERE.
ESISTONO PERO’ PROMOTORI PIU’ O MENO
EFFICIENTI, IN DIPENDENZA DELLA LORO
SEQUENZA.
LA SPECIFICITA’ DI SEQUENZA DELLA RNA
POLIMERASI DI E. COLI RISIEDE NELLA SUA
SUBUNITA’ SIGMA. SUBITO DOPO L’INIZIO
DELLA TRASCRIZIONE LA SUBUNITA’ SIGMA
SI DISSOCIA DALLA POLIMERASI.
FIGURA 10.2 GENOMI II
CIRCA 8 BP DI
IBRIDO
P
T
DNA
FIGURA 10.3 GENOMI II
FIGURA 10.4 GENOMI II
RHO E’ UN’ELICASI
LA REGIONE RICCA IN A/T NON E’ PRESENTE
LE UNITA’ TRASCRIZIONALI PROCARIOTICHE
SPESSO COMPRENDONO PIU’ DI UNA
SEQUENZA CODIFICANTE. IN QUESTI CASI
ESSE SONO DEFINITE OPERONI.
L’OPERONE COMPRENDE QUINDI UNA SERIE
DI SEQUENZE CODIFICANTI ADIACENTI CHE
SONO TRASCRITTE A PARTIRE DA UN
SINGOLO PROMOTORE E QUINDI SOGGETTE
ALLO STESSO REGIME REGOLATIVO. LE
PROTEINE CODIFICATE FANNO SPESSO
PARTE DI UN’UNICA VIA METABOLICA.
FIGURA 5.14 GENES VII = 7.15 GENE VI
L’OPERONE LATTOSIO O LAC COMPRENDE
TRE GENI CODIFICANTI ENZIMI COINVOLTI
NELL’UTILIZZAZIONE DEL LATTOSIO.
FIGURA 2.20 GENOMI II
STRUTTURA TIPICA DI UN mRNA
PROCARIOTICO
AUG (83%), GUG (14%) O UUG (3%)
UAA, UAG O UGA
SEQUENZA DI SHINE-DALGARNO
NUCLEOTIDE 5’-TRIFOSFATO
SEQUENZA CODIFICANTE
LA SEQUENZA DI SHINE-DALGARNO
RAPPRESENTA IL SITO DI LEGAME PER IL
RIBOSOMA. PER QUESTO E’ ANCHE
DEFINITA RBS (RIBOSOME BINDING SITE).
ESSA E’ POSTA DA 3 A 10 NUCLEOTIDI A
MONTE DEL CODONE DI INIZIO ED IN E. COLI
HA LA SEGUENTE SEQUENZA CONSENSO:
AGGAGGU
FIGURA 11.14 GENOMI II
LA RBS MEDIA L’INTERAZIONE CON IL
RIBOSOMA LEGANDO UNA SEQUENZA
COMPLEMENTARE PRESENTE NELL’RNA 16S
DELLA SUBUNITA’ RIBOSOMALE MINORE. IN
DEFINITIVA LA RBS INDICA AI RIBOSOMI IL
CODONE DI INIZIO DELLA TRADUZIONE.
LA TRASCRIZIONE E MATURAZIONE
DEGLI RNA EUCARIOTICI
NEGLI EUCARIOTI TRASCRIZIONE E
TRADUZIONE SONO DUE EVENTI SEPARATI
CHE AVVENGONO IN DUE DIVERSI
COMPARTIMENTI CELLULARI: NUCLEO E
CITOPLASMA.
VA INOLTRE EVIDENZIATO CHE NEGLI
EUCARIOTI TUTTI GLI RNA SONO
TRASCRITTI SOTTO FORMA DI PRECURSORI
IMMATURI. I TRASCRITTI PRIMARI
SUBISCONO INFATTI UNA COMPLESSA SERIE
DI MODIFICHE POST-TRASCRIZIONALI CHE
RENDONO LE MOLECOLE DI RNA CAPACI DI
SVOLGERE LE LORO SPECIFICHE FUNZIONI.
LE MODIFICHE PIU’ RILEVANTI RIGUARDANO
I PRECURSORI DEGLI mRNA CHE
SUBISCONO IL CAPPING, LA
POLIADENILAZIONE, LO SPLICING ED
EVENTUALMENTE L’RNA EDITING.
FIGURA 5.16 GENES
VII = 7.14 GENE VI
NEI PROCARIOTI UN’UNICA RNA POLIMERASI
TRASCRIVE TUTTI GLI RNA. NEGLI
EUCARIOTI CI SONO 3 RNA POLIMERASI: LE
RNA POLIMERASI I, II, E III CHE
TRASCRIVONO RISPETTIVAMENTE I GENI
PER GLI RNA RIBOSOMALI, I GENI
CODIFICANTI PROTEINE E I GENI PER GLI
RNA DI TRASPORTO.
LA SPECIFICITA’ DI CIASCUNA RNA
POLIMERASI PER UNA DETERMINATA
CLASSE DI GENI DIPENDE DALLA NATURA
DEI PROMOTORI.
FIGURA 9.18 GENOMI II
PROMOTORE CORE
TATA BOX
IL PROMOTORE CORE DELLA RNA
POLIMERASI II COMPRENDE UNA TATA BOX
CON SEQUENZA CONSENSO TATAWAW
(W=A+T) POSTA IN POSIZIONE –25 ED UNA
SEQUENZA INIZIATRICE (INR) CON
SEQUENZA CONSENSO YYCARR
LOCALIZZATA IN CORRISPONDENZA DEL
SITO DI INIZIO DELLA TRASCRIZIONE (LA A
RAPPRESENTA LA POSIZIONE +1). QUESTI
DUE ELEMENTI SONO COMUNI ALLA
MAGGIOR PARTE DEI GENI CODIFICANTI.
GLI ELEMENTI A MONTE DEL PROMOTORE
CORE SONO INVECE DIVERSI DA GENE A
GENE E RAPPRESENTANO IL PRESUPPOSTO
PER LA REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE
GENICA.
FIGURA 9.21 GENOMI II
TF2D
FIGURA 10.8 GENOMI II
LA FASE DI ALLUNGAMENTO DELLA
TRASCRIZIONE AVVIENE COME DESCRITTO
IN COLI.
FIGURA 10.2 GENOMI II
FIGURA 5.16 GENES
VII = 7.14 GENE VI
IL CAPPUCCIO O CAP SI FORMA SUBITO
DOPO L’INIZIO DELLA TRASCRIZIONE
DELL’RNA ED HA UNA STRUTTURA BASE
FORMATA DA UNA MOLECOLA DI 7METILGUANOSINA LEGATA TRAMITE UN
PONTE TRIFOSFATO AL PRIMO NUCLEOTIDE
DEL MESSAGGERO.
FIGURA 10.9 GENOMI II
NEGLI EUCARIOTI SUPERIORI ULTERIORI
METILAZIONI DEL 2’-OH DEI NUCLEOTIDI
SUCCESSIVI GENERA I CAP DI TIPO 1 E DI
TIPO 2.
IL CAP RAPPRESENTA NEGLI EUCARIOTI IL
SITO PRIMARIO DI LEGAME AL RIBOSOMA.
FIGURA 6.16 GENES VII
LA TERMINAZIONE DELLA TRASCRIZIONE DA
PARTE DELLA RNA POLIMERASI II AVVIENE IN
CORRISPONDENZA DEI SEGNALI DI
POLIADENILAZIONE.
FIGURA 5.16 GENES
VII = 7.14 GENE VI
LA CODA DI POLI(A) E’ FORMATA DA UNA
SERIE DI ADENOSINE (FINO A 250) AGGIUNTE
SUBITO DOPO LA FINE DELLA TRASCRIZIONE
DALL’ENZIMA POLI(A) POLIMERASI.
IL POLI(A) MANCA IN ALCUNI MESSAGGERI
TRA CUI QUELLI DEGLI ISTONI.
LA CODA DI POLI(A) CONFERISCE STABILITA’
AL MESSAGGERO. INOLTRE ESSA
PROBABILMENTE INTERVIENE NELLA FASE
DI INIZIO DELLA TRADUZIONE,
COLLABORANDO CON IL CAP.
FIGURA 10.10 GENOMI II, MODIFICATA
10-30
10-20
Filamento codificante del DNA -------AATAAA---------------CA-------------GT------------Trascrizione
LE SEQUENZE CODIFICANTI DEI GENI
EUCARIOTICI SONO SPESSO INTERROTTE
DA SEQUENZE NON CODIFICANTI
DENOMINATE INTRONI (E’ UNA
GENERALIZZAZIONE PERCHE’ GLI INTRONI
POSSONO ANCHE ESSERE PRESENTI NELLE
SEQUENZE NON CODIFICANTI)
FIGURA 10.12 GENOMI II
GENE UMANO DELLA -GLOBINA
GLI INTRONI SONO TRASCRITTI INSIEME
AGLI ESONI E SI RITROVANO QUINDI NEL
TRASCRITTO PRIMARIO (PRE-mRNA).
QUESTO SUBISCE POI UNA FORMA DI
MATURAZIONE, DEFINITA SPICING, CHE
RIMUOVE GLI INTRONI RISTABILENDO LA
CONTINUITA’ DELLA SEQUENZA
CODIFICANTE.
FIGURA 22.2 GENES VII = 30.2 IL GENE VI
NEGLI EUCARIOTI INFERIORI GLI INTRONI
SONO POCO COMUNI: I 6000 GENI DEL
LIEVITO CONTENGONO
COMPLESSIVAMENTE 239 INTRONI, MENTRE
MOLTI GENI DI MAMMIFERO CONTENGONO
ANCHE PIU’ DI 50 INTRONI.
FIGURA 2.13 IL GENE VIII
TABELLA 10.3 GENOMI II
GLI ESONI SONO DI SOLITO BREVI ED IN
GENERE CODIFICANO PER MENO DI 100
AMMINOACIDI.
FIGURA 2.15 IL GENE VIII
GLI INTRONI SONO BREVI NEGLI EUCARIOTI
INFERIORI MA ARRIVANO FINO A DECINE DI
KB NEGLI EUCARIOTI SUPERIORI.
FIGURA 2.16 IL GENE VIII
ORGANIZZAZIONE TIPICA DI UN GENE
UMANO CODIFICANTE UNA PROTEINA DI 200
RESIDUI AMMINOACIDICI: 5 ESONI DA 120 BP
INTERVALLATI DA 4 INTRONI DA 2000 BP.
NELLA MAGGIOR PARTE DEGLI INTRONI DEI
PRE-mRNA, I PRIMI DUE NUCLEOTIDI SONO
GU MENTRE GLI ULTIMI DUE SONO AG.
QUESTI INTRONI SONO DEFINITI GU-AG.
FIGURA 10.13 GENOMI II
AG-GUAAGU
YYYYYNCAG-
I PROCESSI DI SPLICING DEGLI INTRONI GUAG SONO CATALIZZATI DA PICCOLE
RIBONUCLEOPROTEINE NUCLEARI (snRNP)
ASSOCIATE A FORMARE UNA STRUTTURA
DEFINITA SPLICEOSOMA.
FIGURA 10.17 GENOMI II
LO SPLICING AVVIENE ATTRAVERSO DUE
REAZIONI DI TRANSESTERIFICAZIONE
FIGURA 10.14 GENOMI II
FIGURA 1.7 GENOMI II, MODIFICATA
OH
PRIMA
TRANSESTERIFICAZIONE
OH
A
OH
GLI INTRONI GU-AG DEI PRE-mRNA SONO IN
ASSOLUTO GLI INTRONI PIU’ COMUNI. I PREmRNA POSSONO PERO’ CONTENERE ANCHE
INTRONI DI TIPO AU-AC CHE RICHIEDONO
UN APPARATO DI SPLICING DIVERSO.
UNO STESSO PRE-mRNA PUO’ ANDARE
INCONTRO IN TESSUTI DIVERSI A
DIFFERENTI SCHEMI DI SPLICING. QUESTO
FENOMENO E’ DEFINITO SPLICING
ALTERNATIVO.
FIGURA 10.19 GENOMI
N
C
N
C
LO SPLICING ALTERNATIVO PERMETTE CHE
UN SINGOLO GENE DIA ORIGINE A VARI
mRNA E QUINDI A VARIE PROTEINE.
QUESTO FENOMENO CONSENTE QUINDI
AMPLIARE LA GAMMA DI PROTEINE CHE UN
ORGANISMO EUCARIOTE PUO’ PRODURRE
CON UN NUMERO LIMITATO DI GENI.
TABELLA 2.1 GENOMI II
UN’ULTERIORE FONTE DI VARIABILITA’ DEL
PROTEOMA E’ RAPPRESENTATA DALL’ RNA
EDITING. QUESTO PROCESSO CONSISTE IN
UNA MODIFICA CHIMICA MIRATA DEL PREmRNA CHE NE MODIFICA LE PROPRIETA’
CODIFICANTI.
FIGURA 3.8A GENOMI II
TABELLA 10.6 GENOMI II
DEAMMINAZIONE
IL GENE UMANO DELL’APOLIPOPROTEINA B
E’ ESPRESSO SIA NEL FEGATO CHE
NELL’INTESTINO DOVE DIRIGE LA SINTESI DI
DUE PROTEINE DIVERSE.
FIGURA 10.29 GENOMI II
GLU
STOP
PROCARIOTI: 1 GENE  1 RNA
MESSAGGERO  1 PROTEINA
EUCARIOTI: 1 GENE  1 TRASCRITTO
PRIMARIO  MOLTEPLICI RNA MESSAGGERI
(PER EFFETTO DI SPLICING ALTERNATIVO
ED EDITING)  MOLTEPLICI PROTEINE.
STRUTTURA TIPICA DI UN mRNA
EUCARIOTICO
AUG
UAA, UAG O UGA
CAPPUCCIO O CAP
SEQUENZA DI KOZAK
SEQUENZA CODIFICANTE
POLI(A)
SEGNALE DI POLIADENILAZIONE
SITI DI LEGAME PER I MICRORNA
LA SEQUENZA CONSENSO DI KOZAK
RAPPRESENTA IL SITO SECONDARIO DI
LEGAME AL RIBOSOMA. ESSA SI
SOVRAPPONE AL CODONE DI INIZIO ED E’
CARATTERIZZATA DALLE SEGUENTI BASI:
ACCAUGG
FIGURA 6.16 GENES
VII = 8.17 GENE VI