Concetti Chiave
- Gli organismi eucarioti richiedono sistemi complessi per la regolazione dell'espressione genica, a causa della loro maggiore complessità cellulare.
- Il differenziamento cellulare è regolato attraverso cinque livelli distinti: controllo conformazionale, trascrizionale, post-trascrizionale, traduzionale e post-traduzionale.
- Il controllo conformazionale implica il rimodellamento della cromatina tramite acetilazione degli istoni e metilazione del DNA, influenzando l'attività genica.
- Il controllo trascrizionale è mediato dall'RNA polimerasi e dai fattori di trascrizione, che attivano o reprimono la trascrizione attraverso enhancer e silencer.
- Il controllo post-trascrizionale comprende la maturazione dell'mRNA, che include lo splicing degli introni e l'aggiunta di un cappuccio e di una coda poli-A, oltre a processi di silenziamento genico.
Gli organismi eucarioti necessitano di sistemi di regolazione dell'espressione genica più elaborati per la maggiore complessità a livello cellulare. Infatti affinché ogni cellula abbia una funzione specifica si verifica il differenziamento cellulare che è regolato attraverso cinque livelli:
1. Controllo conformazionale
2. Controllo trascrizionale
3. Controllo post-trascrizionale
4. Controllo traduzionale
5. Controllo post-traduzionale
Controllo conformazionale.Consiste nel rimodellamento della cromatina attraverso l'acetilazione degli istoni e la metilazione del DNA. Quando un gene deve essere trascritto, il DNA deve essere esposto e quindi deve passare dallo stato condensato di eterocromatina allo stato rilassato di eucromatina. Affinché questo avvenga bisogna allentare il legame tra la carica negativa dei gruppi fosfato del DNA e la carica positiva dell'amminoacido lisina presente nelle code istoniche. Questo legame si rompe quando le code istoniche si legano ai gruppi acetile (CH3CO-) e il DNA diventa trascrizionalmente attivo. La metilazione del DNA invece lo rende trascrizionalmente inattivo attraverso la formazione di legami tra il gruppo metile (CH3-) e una base azotata del DNA che reprime l'attività genica. La base azotata è la citosina che si trasforma in 5-metilcitosina ed è seguita dalla guanina (isole CpG)
Controllo trascrizionale.L'attivazione dei geni viene regolata dall'azione dell'RNA polimerasi con: il promotore, formato dal sito di inizio della trascrizione e dalla TATA box che rappresenta il sito di riconoscimento per il promotore attraverso il fattore proteico TBP ed è formata da una sequenza di timine e adenine; i fattori di trascrizione, cioè proteine regolatrici che si associano all'RNA polimerasi formando il complesso trascrizionale; gli enhancer e i silencer che rispettivamente attivano e reprimono la trascrizione. All'enhancer si lega una proteina regolatrice che si lega al complesso trascrizionale facendo piegare il DNA. In questo modo la trascrizione si attiva e si blocca quando i silencer legano i fattori di disattivazione.
Controllo post-trascrizionale. L'mRNA che si forma va incontro al processo di maturazione durante il quale vengono eliminate le sequenze non codificanti (introni) e vengono saldati gli esoni attraverso lo splicing. Infine all'estremità 5' si aggiunge un cappuccio e all'estremità 3' si aggiunge una cosa poli-A fatta da 200 adenine. In molti geni eucarioti durante lo splicing gli esoni vengono ricombinati in modo diverso per consentire una maggiore variabilità genica, in questo caso si parla di splicing alternativo. In alcuni casi avviene il silenziamento genico per impedire che una molecola di mRNA venga tradotta ulteriormente. Questo processo si chiama RNA-interference e si basa sul riconoscimento di molecole di RNA a doppio filamento dsRNA. I dsRNA vengono riconosciuti dall'enzima DICER che gli taglia in siRNA riconosciuti a loro volta dal complesso proteico RISC. Quest'ultimo lega l'RNA complementare alla sequenza di siRNA e ne induce la degradazione.
2. Controllo trascrizionale
3. Controllo post-trascrizionale
4. Controllo traduzionale
5. Controllo post-traduzionale
Domande da interrogazione
- Qual è l'importanza del controllo conformazionale nell'espressione genica degli organismi eucarioti?
- Come avviene il controllo trascrizionale dei geni?
- Qual è il processo di maturazione dell'mRNA e la sua rilevanza?
- Cosa implica il silenziamento genico e come avviene?
Il controllo conformazionale è fondamentale poiché permette il rimodellamento della cromatina, consentendo l'esposizione del DNA per la trascrizione. Questo avviene attraverso l'acetilazione degli istoni e la metilazione del DNA, che regolano l'attività genica (testo).
Il controllo trascrizionale è regolato dall'RNA polimerasi e da elementi come il promotore, i fattori di trascrizione, gli enhancer e i silencer, che attivano o reprimono la trascrizione a seconda delle interazioni proteiche e della conformazione del DNA (testo).
L'mRNA subisce un processo di maturazione in cui gli introni vengono rimossi e gli esoni saldati tramite splicing. Questo processo è cruciale per la variabilità genica e include l'aggiunta di un cappuccio e di una coda poli-A, che stabilizzano l'mRNA (testo).
Il silenziamento genico impedisce la traduzione di specifiche molecole di mRNA attraverso il meccanismo dell'RNA-interference, dove i dsRNA vengono riconosciuti e degradati dal complesso proteico RISC, riducendo così l'espressione genica (testo).
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