Appunti biologia generale

RICAPITOLANDO:SPLICING

Cis (spliceosoma-mediated (classico e alternativo) + self-splicing (gruppo di introni I e II) e Trans (SL-indipendente + SL-dipendente(policistronico e altre funzioni)).

Che vantaggio hanno gli introni negli eucarioti?

1. Vantaggio evolutivo: la presenza degli introni ha avuto un forte impatto sull'evoluzione molecolare. La struttura modulare facilita la comparsa di nuove proteine durante l'evoluzione, permettendo alla ricombinazione genetica di combinare esoni di geni diversi (exon shuffling). Lo spostamento di moduli fra geni non correlati è fortemente favorito dalla presenza degli introni che agiscono da spaziatori. In questo modo nuove proteine si possono evolvere più facilmente per combinazione di parti di geni preesistenti. Ciò è supportato dall'organizzazione modulare delle proteine eucariotiche formate dalla combinazione di una serie di moduli (domini).
2. Vantaggio funzionale: oltre il 75% dei trascritti subiscono splicing.

In vari modi per produrre una serie di mRNA maturi differenti, permettendo così la produzione di un gran numero di proteine diverse (splicing alternativo). Il trascritto dello stesso gene va incontro a splicing in modi diversi, originando mRNA distinti che codificano per proteine simili ma non identiche. Il quadro di splicing alternativo è spesso specifico per diversi tessuti e diversi tipi di cellule:

1. i limiti tra introne ed esone in un dato gene coincidono con i limiti fra domini;
2. esoni correlati fra loro sono spesso trovati in geni diversi;
3. molti geni e le proteine da essi codificate sono evoluti attraverso duplicazione degli esoni e divergenza successiva.

Negli eucarioti, la presenza degli introni avrebbe favorito l'evoluzione dei geni tramite ricombinazione. Poiché gli esoni sono in media di circa 150 nucleotidi mentre gli introni sono più lunghi, questa differenza assicura che la ricombinazione avvenga più probabilmente nell'introne piuttosto che nell'esone.

Chenell'esone; cosi gli esoni possono essere ricombinati senza essere distrutti. Gli introni sono rari nei Batteri ed Archea. Vi sono pochi introni nei geni dei lieviti e degli eucarioti inferiori e molti nei geni degli eucarioti superiori. Le posizioni degli introni di un gene tendono ad essere conservate nell'evoluzione. Esistono due teorie in base all'origine degli introni: 1) origine antica (Gilbert): gli introni erano presenti già nei precursori dei viventi e sono stati poi eliminati dai batteri; 2) origine moderna (Doolittle): gli introni si sono evoluti più tardi per migliorare l'organizzazione delle proteine (domini). Lo studio dei genomi sta rivelando funzioni inaspettate per gli introni: gli introni contengono numerose sequenze regolatorie per l'espressione genica; numerosi introni non vengono degradati dopo lo splicing ma vengono sottoposti a modificazioni per originare vari tipi di RNA non codificanti; alcuni introni rappresentano elementi

genetico.Esempio: editing tessuto-speci co dell’mRNA per apolipoproteina B (con citosina viene prodottaproteina Apo-B100 nel fegato mentre con U che crea un codone di stop viene prodotta Apo-B48nell’intestino). L’mRNA maturo è legato ad una serie di proteine: Cap binding complex (CBC) incorrispondenza del cap; poly-A binding proteins (PABP) nella coda; exon junction complex (EJC)in corrispondenza delle giunzioni fra esoni (segnala che lo splicing e’ avvenuto). Solo l’mRNAcompletamente maturo può uscire dal nucleo. Alcune proteine rimangono legate al’RNA quandoattraversa il poro, altre rimangono nel nucleo. Le EJC fungono da segnale per le esportine checonsentono il passaggio nel citoplasma. Quanto tempo impiega un mRNA a essere prodotto e araggiungere il citoplasma? La trascrizione dura meno di 1 minuto, le modi cazioni circa 20 minuticosi come il passaggio nel citoplasma mentre la traduzione piu di 4 ore.GENOMA—>TRASCRITTOMA

(insieme degli RNA codificanti e non, è più ampio del genoma perché alcuni geni originano mRNA multipli grazie allo splicing alternativo) —> PROTEOMA (insieme delle proteine, corrisponde solo in parte agli mRNA, alcuni geni codificano per più di una proteina, quindi il proteoma è più ampio del numero di geni codificanti).

APPROFONDIMENTO BIOMEDICO 1: Patologie della lamina (laminopatie) e del poro nucleare: malattie associate a mutazioni dei geni codificanti per le lamine A o C e per le proteine (emerina, LAP2) con cui interagiscono (molte distrofie e/o cardiomiopatie...). - Hutchinson-Gilford PROGERIA syndrome (HGPS; MIM: 176670): 144 casi

Descritti in tutto il mondo; 1 caso su 4.000.000; descritta per la prima volta nel 1886 da Jonathan Hutchinson (progeroide dal greco prima-vecchio); colpisce l'epitelio cutaneo, il tessuto osseo e il sistema cardiovascolare; bassa statura, ridotto peso alla nascita e perdita precoce dei capelli (alopecia); perdita di grasso sottocutaneo, vene superficiali prominenti, disproporzione cranio-facciale e braccia sottili; scleroderma (ispessimento cute); morte intorno ai 12 anni per infarto miocardico (valvole calcificate ed ispessite) o infarto cerebrale. Mutazione nel precursore del gene codificante per la lamina A. Vi sono varie mutazioni a carico di questo gene tra cui la c.1821G>A. La lamina A subisce i seguenti processi post-traduzionali: 1) aggiunta di un gruppo alifatico per opera della farnesil transferasi alla porzione C-terminale della pre-lamina A (gruppo CAAX, C=cisteina, A=alifatico, X=altro); 2) rimozione di 3 aa dalla porzione C-terminale da parte dell'endopeptidasi ZMPSTE24;

1. Aggiunta di un gruppo metilico (metil-transferasi) alla cisteina C terminale;
2. Rimozione ultimi 15aa ad opera della stessa endopeptidasi.

La mutazione c.1821G sostituita adA prevede l'attivazione di un sito criptico di splicing che determina la perdita di 150 nucleotidi (50aa) provocando l'inibizione del secondo e terzo passaggio causando l'accumulo di una formatossica della lamina A (Progerina) che provoca la HGPS, la dermopatia restrittiva o la displasiamandibuloacrale. Anche negli individui anziani sani progressivamente si accumula progerina. In unpaziente a etto da HGPS il nucleo appare polilobato e la cromatina si concentra in alcuni puntidel nucleo provocando un'alterata attività trascrizionale. L'accumulo di progerina modi ca lastabilità genomica e problemi alla lamina causano difetti meccanici (nucleo meno resistente) allecellule che saranno più predisposte all'apoptosi e avranno una ridotta capacità.

proliferativa.

Terapia: Lonafarnib (inibitore delle farnesil-transferasi) agisce a livello del primo step dellamaturazione della lamina migliorando le condizioni delle cellule. Nel 2009 vi fu il primo trial clinicoper questi paziente dove venne veri cato che il farmaco ritardava i sintomi.

Ragazzo di 11 anni si presenta con iperpigmentazione e disidratazione della pelle, delle nocchedelle mani e della lingua; astenia (debolezza) agli arti e movimenti incontrollati; di coltà nelladeglutizione; assente capacità di lacrimazione; tiroide, glicemia, funzione renale, emoglobina,ionemia nella norma; livelli plasmatici cortisolo bassi. Mediante un esofagogramma è stata trovatauna dilatazione dell’esofago; essendo una nuova patologia è stata chiamata SINDROME DELLATRIPLA A O DI ALLGROVE (OMIM 231550). Scoperta da Jeremy Algrove nel 1978. Meno di 100casi descritti. Appartiene alla classe delle nucleoporinopatia (comprendono infantile bilateralstriatal necrosis).

Nel citoplasma). Le mutazioni per ALADIN alterano il trasporto di proteine essenziali (ligasi, APTX) per la risposta allo stress ossidativo e alterano la formazione del fuso mitotico.

Terapia: non ne esiste una precisa. I trattamenti possono essere a carico di alcuni sintomi. Per la lacrima si somministrano lacrime artificiali; per l'acalasia vi è un intervento chirurgico; per l'insufficienza surrenalica (deficit di glucocorticoidi) somministrazione di idrocortisone.

OMIM (online mendelian inheritance in man): database creato per tutto queste malattie (www.omim.org).

PARTE 5: LEZIONE 1: RIBOSOMI, CODICE GENETICO, tRNA e SINTESI PROTEICA.

I ribosomi sono enormi complessi ribonucleoproteici con peso molecolare di alcuni milioni di dalton, formati da rRNA e proteine ribosomiali. Sono costituiti da una subunità maggiore e una subunità minore staccate nel citoplasma. I ribosomi procariotici sono più piccoli di quelli eucariotici: 2rRNA