Appunti di Biologia animale

I fattori di trascrizione possono essere:

● Generici: riconoscono il promotore basale e gli elementi d’inizio, quindi la TATA box. Si legano in

sequenza e sono chiamati TFII (trascription factor e II sta per polimerasi 2) e dopo essersi legati alla

polimerasi creano il complesso di inizio trascrizione. I fattori si legano in sequenza:

1. TFDII: è formato da TBP ovvero tata box binding protein e da 11 proteine chiamate TAFs.

2. TFIIB e TFIIA: si legano a TFDII.

3. TFIIF: che recluta la polimerasi II.

4. TFIIH e TFIIJ: che hanno un attività chinasica e comportano la fosforilazione del CTD della

subunità L→ segna l’inizio della trascrizione.

● Specifici: sono più di 2000 e hanno 2 domini.

1. Sito di riconoscimento: si lega al DNA in una specifica sequenza nucleotidica.

2. Sito di attivazione: si lega al complesso di inizio trascrizione.

Elementi di risposta→ i fattori di trascrizione specifici hanno un elemento di risposta che in generale indica una

specifica sequenza nucleotidica a cui si lega un determinato attivatore. Questi fattori agiscono facendo

aumentare l'efficienza con cui l’apparato basale si lega al promotore perciò aumentano la frequenza della

trascrizione. Due elementi di risposta importanti sono:

● GRE: elemento di risposta ai glucocorticoidi, essa è una sequenza riconosciuta dai recettori dei

glucocorticoidi.

● SRE: elemento di risposta al siero, è una sequenza riconosciuta dai fattori di trascrizione che attivano i

geni coinvolti nella proliferazione cellulare.

Enhancer→ sono importanti per la regolazione della trascrizione genica e sono sequenze nucleotidiche brevi e

conosciute. Possono trovarsi in varie zone del gene e diventano funzionali quando si legano a loro i fattori di

trascrizione specifici, che vengono anche chiamati attivatori in quanto possono incrementare l’efficacia di

trascrizione di 100 volte. 36

Coattivatori→media fra i fattori di trascrizione specifici e il complesso di trascrizione. Il coattivatore non si lega

direttamente al DNA ma costituisce un mezzo di connessione fra l’apparato basale e i fattori di trascrizione

specifici. La connessione consiste in legami non covalenti tra le subunità proteiche. I coattivatori possono

essere considerati a loro volta fattori di trascrizione.

Geni non regolati trascrizionalmente: vengono detti geni housekeeping e sono geni che vengono sempre

espressi e non sono soggetti a regolazione. Sono trascritti in tutte le cellule e in ogni memento della loro vita e

codificano le proteine necessarie per le attività basali.

Geni regolati trascrizionalmente: possono essere:

● Geni inducibili: la loro espressione è regolata in modo da attivarsi esclusivamente a seguito di specifici

stimoli. Un esempio è il gene heat-shock: quando la cellula è esposta ad alte temperature molte

proteine hanno difficoltà ad assumere la corretta conformazione; la presenza di proteine con la

conformazione non corretta induce la risposta consistente nell l'induzione della trascrizione di geni

heat-shock. Questi geni codificano proteine dette chaperonine che aiutano le proteine ad assumere la

corretta struttura terziaria, inoltre proteggono la proteina da interazioni inappropriate e asistono il

processo di ripiegamento. Questi geni hanno una o più sequenze dette elemento di risposta allo shock

da calore che può essere localizzato in un enhancer o nel promotore. A questi geni si lega uno

specifico attivatore detto HSF ovvero heat shock factor che è indotto dallo shock termico e dalla

trascrizione del gene, quando HSF si lega la trascrizione del gene heat-shock viene attivata.

● Geni tessuto-specifici: guidano le cellule nella specializzazione verso i diversi tipi cellulari quindi sono

espressi solo in alcuni tessuti.

Regolazione dell’espressione genica

Può avvenire attraverso due processi:

● Modificazione chimica degli istoni: gli istoni sono proteine ricche di aminoacido lisina.

Acetilazione: gli istoni subiscono un processo di acetilazione, ovvero viene aggiunto un gruppo

➔ acetile attraverso l’enzima acetil-transferasi a livello delle lisine. L’acetile è donato

dall’acetil-CoA. L’acetilazione degli istoni annulla la carica positiva e questo riduce l’interazione

fra istoni e DNA, quindi questo favorisce l'eccesso dei fattori di trascrizione. Può essere

acetilata anche la cromatina che si apre e diventa trascrizionalmente attiva. Le modifiche

avvengono soprattutto all’estremità N-terminale degli istoni. Quindi l’acetilazione è associata

all’attivazione genica, è importante dire che avviene su alcune lisine delle code N-terminai di H3

e H4. 37

● Metilazione delle isole CpG: la metilazione è un altro tipo di modifica degli istoni ed è associata sia

all'attivazione che alla repressione genica. Quando viene metilato H3 si ha un'associazione con i geni

attivi, mentre quando viene metilato H4 si ha un'associazione con i geni silenti; mentre la metilazione

dell’arginina implica solo l’attivazione della trascrizione. Le isole CpG sono regioni genomiche che

contengono un'elevata densità di siti CpG (sono dei siti dove una C è vicino ad una G). Si tratta di una

modifica a livello del DNA infatti esso viene metilato attraverso l’enzima DNA metil-transferasi che

aggiunge un metile alla citosina in posizione 5. In particolare quando vengono metilate le isole CpG si

ha una conseguenza sul gene che diventa trascrizionalmente respresso. Il processo di metilazione è

molto delicato perchè un errore potrebbe causare la nascita di un tumore per questo sono anche

importanti gli inibitori dell’enzima DNA metil-transferasi. Essi vengono anche usati per il trattamento di

leucemie e promuovono l'attivazione di geni oncosoppressori e stimolano le cellule immunitarie in modo

che vadano a secernere citochine che esercitano effetti citotossici.

La maturazione del mRNA

L’mRNA appena sintetizzato forma il trascritto primario e negli eucarioti va incontro a maturazione. Questo

processo serve per produrre un mRNA pronto per la traduzione.

Le fasi di questo processo sono:

1. Capping al 5’: si forma un cap fi 7-metil-guanina che forma un legame 5’-5’ e rende l’mRNA più

resistente e lo fa riconoscere come mRNA da tradurre.

2. Coda poli A al 3’: viene aggiunta una coda di A con lunghezza variabile a 3’. Viene aggiunta

grazie all’enzima poli A polimerasi che riconosce uno specifico segnale sull’mRNA. Taglia il

filamento e a valle di tale segnale attacca la coda di A. Protegge l’mRNA dall’attacco della

nucleasi.

3. Splicing: rimuove gli introni prima che entrino nel citoplasma. Avviene mediante l’intervento di

ribonucleoproteine che riconoscono i siti di taglio. I siti importanti per la rimozione dell’introne

sono: al 5’ dell’introne ovvero al sito donatore GU, al 3’ dell’introne quindi nel sito accettore AG

e al punto di ramificazione detto branch site dove si trova l’adenina.

Esoni: parte del DNA codificante.

Introni: parte non codificante (sono la maggioranza) 38

Splicing alternativo→ processo che consente di ottenere molecole di mRNA maturo differenti partendo dallo

stesso trascritto primario. Quindi ci sono 3 isoforme proteiche a partire dallo stesso gene e di solito l’isoforma

generata da slicing normale è quella più frequente. Un esempio di splicing alternativo è quello dell’mRNA della

tropomiosina (si trova nel muscolo scheletrico e si lega con l’actina, negli altri tessuti fa parte del citoscheletro)

che ha 5 isoforme. Alcune specifiche isoforme possono essere prevalenti in un determinato tessuto.

Traduzione da mRNA a proteine

I protagonisti sono l’mRNA, il ribosoma e il tRNA attivato quindi che porta l’amino-acil tRNA.

Il codice genetico

Il codice genetico converte linguaggio nucleotidico in amminoacidi. Il codice genetico è diviso in codoni, ovvero

triplette nucleotidiche. 1 codone= 1 amminoacido. L’mRNA porta un messaggio, il tRNA lo traduce e i ribosomi

costruiscono la proteina. Il codone di inizio traduzione è sempre AUG, mentre il codone di stop può essere

UAA, UAG e UGA.

Quindi il codice genetico è formato da codoni ed è degenerato, ovvero che ci sono 64 triplette e un

amminoacido può essere tradotto da 1 o più triplette. Inoltre il codice genetico è universale e continuo.

Quindi le proprietà del codice genetico sono:

● È formato da codoni: sono triplette nucleotidiche.

● È degenerato: i codoni sono sinonimi, tutti tranne la metionina e il triptofano.

● Ha dei segnali di inizio (AUG) e di stop.

● È universale.

● È continuo: nessun nucleotide viene saltato. 39

Ci sono due enzimi importanti che agiscono nel processo di traduzione:

● l’amminoacil-tRNA: enzima che catalizza e attacca il tRNA e richiede ATP. Trasporta l’amminoacido al

suo corrispondente anticodone, che è complementare al codone dell’mRNA, a seconda dell’anticodone

ogni tRNA viene caricato con uno specifico amminoacido. Richiede ATP, infatti agisce in una fase detta

fase ATP.dipendente della traduzione.

● amminoacil-tRNA sintasi: è l’enzima che catalizza l’attacco dell’amminoacido al tRNA, è un enzima che

richiede ATP e ne esistono due classi. Nella prima classe sono enzimi monomerici e trasferiscono

l’amminoacido sul 2’OH del ribosio terminale. Mentre la seconda classe trasferisce l’amminoacido sul

3’OH del ribosio terminale. Inoltre le cellule contengono un amminoacil.tRNA Sintasi per ogni

amminoacido da caricare sullo specifico tRNA.

La formazione del ribosoma completo si forma in seguito all’identificazione del codone di inizio che porta

all’attività GTPasica che favorisce la dissociazione dei vari fattori di traduzione e l’aggancio della subunità

maggiore del ribosoma. Quando il ribosoma è completo ci sono 3 siti:

● Sito P: peptidico.

● Sito A: amminoacilico.

● Sito E: di uscita

È proprio nel ribosoma che si forma il legame peptidico che avviene ad opera della peptidil-transferasi. Il

processo inizia con l’ingresso del tRNA nel sito A dove si ha la formazione del legame a cui seguirà lo

scorrimento in avanti dell’mRNA e l’uscita dal sito P del tRNA che ha lasciato l’amminoacido. La subunità

maggiore del ribosoma è il centro peptidil-transferasi. 40

Le fasi della traduzione

L’inizio, l’allungamento e la terminazione rientrano nella fase GTP-dipendente

1. Inizio: la subunità maggiore e minore del ribosoma si uniscono attorno al filamento di mRNA.

2. Allungamento: nel ribosoma entra il tRNA.

3. Fine: esce la catena polipeptidica.

La traduzione va da 5’ a 3’

Polisoma: una m