07/01/2015 Regolazione dell’espressione genica tramite regolatori negativi Caso 1: Repressione di promotori inducibili L’inizio della trascrizione viene bloccata da un repressore quando i prodotti genici non sono “richiesti”. Una molecola induttrice lega il repressore e ne riduce l’affinità per la sua sequenza bersaglio sul DNA, consentendo la trascrizione. (es. operone lac in E. coli) Un esempio di induzione: l’operone lattosio Regolazione dell’espressione genica tramite regolatori negativi Caso 2: Co-repressori Molecole che fungono da corepressori legano la proteina regolatrice (aporepressore) stimolandone il legame al DNA e bloccando la trascrizione Es. operoni trp, arg in E. coli 1 07/01/2015 Co-repressione dell’operone biosintetico dell’arginina Attivazione della trascrizione Così come per il controllo negativo, molecole induttrici sono coinvolte nella modulazione del legame al DNA di proteine attivatrici della trascrizione (es. geni xyl) • Le proteine regolatrici (sia attivatori che regolatori della trascrizione) NON dipendono necessariamente da molecole induttrici • la loro attività può essere “innescata” da modificazioni chimiche (es. ossidazione in OxyR, auto-metilazione in Ada, ecc.) 2 07/01/2015 Un esempio di proteina multifunzionale: Ada La proteina Ada svolge due funzioni: Metil-trasferasi in grado di rimuovere gruppi metilici dal DNA (lesioni da agenti metilanti) e di metilare residui di cisteina specifici (posizione 69 e 321 della proteina) Una volta metilata, la proteina Ada è in grado di legare sequenze specifiche e di attivare la trascrizione di promotori di geni connessi con la riparazione del DNA. I molti talenti delle proteine regolatrici….. Ara C AraC -Ara reprime PBAD PBAD +Ara induce PBAD AraC RNA pol PBAD I siti di legame per le proteine regolatrici possono trovarsi a considerevole distanza dal promotore 3 07/01/2015 “With a little help from my friends….” Come gli attivatori distali interagiscono con l’RNA polimerasi Proteine organizzatrici del nucleoide (es. IHF,H-NS) Sito di legame Sempre più difficile: numerosi promotori sono soggetti ad una complessa regolazione che coinvolge più fattori Es.: Il promotore del gene csgD è legato sia da repressori che da attivatori in risposta a diversi segnali ambientali Regolatori globali • Alcune proteine regolatrici sono in grado di attivare un numero considerevole di geni (fino ad alcune centinaia) • Questo effetto „globale“ sulla regolazione genica ha un impatto molto importante sulla fisiologia cellulare • I regolatori globali rispondono a precisi stimoli ambientali e fisiologici 4 07/01/2015 La proteina CAP e la molecola segnale AMP ciclico • La proteina CAP (Catabolite Activator Protein) o CRP (Cyclic AMP Receptor Protein) è un regolatore principale nella risposta a situazioni di carenza nutrizionale • L‘attività regolatrice della proteina CAP viene innescata dal legame ad una molecola „indicatrice di fame“ l‘AMP ciclico (cAMP) Attivazione cAMP-dipendente dell‘operone lattosio cAMP s70 AMP ciclico: una molecola segnale estremamente conservata Procarioti: Segnale di “fame” Sintetizzato in assenza di glucosio tramite “coupling” con il sistema di trasporto PtsG Adenilato ciclasi Adenilato ciclasi 5 07/01/2015 La curva di crescita “diauxica” Escherichia coli viene fatto crescere su terreno in cui siano presenti sia glucosio che lattosio Fase di transizione* Crescita su lattosio Crescita su glucosio (fonte preferita di carbonio) *: esaurimento del glucosio nel terreno, aumento di cAMP. Regolazione combinata dell’operone lac dal repressore LacI e dalla proteina CAP* Fase di transizione Crescita su lattosio Crescita su glucosio (fonte preferita di carbonio) * In un terreno dove siano presenti sia glucosio che lattosio 6