Appunti completi di Biologia Molecolare

Il fenomeno regolativo dell'anti-terminazione nella trascrizione genica

R REInfatti il pedice RE sta per “repressor establishment” dove establishment lo possiamo tradurre come “instaurazione”, cioè da dove inizia ciò cheverrà mantenuto dal promotore P .RMRitorniamo all’infezione fagica: in seguito a questa avremo immediatamente l’attivazione del promotore di destra, P (essendo un promotoreRforte), che trascrive cro. Tuttavia questo trascritto nonostante abbia un terminatore della trascrizione posto fra cro e c può proseguire e quaII,dobbiamo introdurre il primo fenomeno regolativo nuovo che vediamo perché oltrepassare un terminatore: è un fenomeno regolativo che sichiama “anti-terminazione”.Proseguendo questo trascritto, oltre a trascrivere il messaggero per cro, questo conterrà anche le sequenze che codificano per cII che è unattivatore trascrizionale che funge da attivatore per il promotore P . Questo è un promotore debole ma, visto che

c’è cII, che sarebbe il suoREattivatore trascrizionale, si attiva e trascrive questa volta verso sinistra. Il trascritto che sarà più lungo passerà su cII e su cro fino ad arrivare a trascrivere anche “l’open reading frame” di cI e quindi viene fatta proteina cI.

In questa immagine vediamo che entrambe le possibilità sono aperte, cioè la possibilità di fare ciclo litico o ciclo lisogenico perché abbiamo Processi Pagina 97.

In questa immagine vediamo che entrambe le possibilità sono aperte, cioè la possibilità di fare ciclo litico o ciclo lisogenico perché abbiamo sicuramente la proteina cro dal momento che la stiamo trascrivendo ma, siccome il tutto avviene molto rapidamente, abbiamo anche proteina cII che viene trascritta e tradotta dallo stesso trascritto di cro che andrà ad attivare P e quindi abbiamo contemporaneamente anche un po’ di proteina cI che può competere.

con cro per i siti operatori. Quando si passa da un gene in un senso, in una direzione, viene usato come stampo il filamento che avrà la direzionalità opposta al filamento di RNA che si sta formando, e viene così copiato l'altro filamento, quello non stampo che avrà la stessa direzionalità del filamento di RNA; quando si passa sul gene al contrario, e quindi si trascrive al contrario, come stampo verrà utilizzato l'altro filamento, quello che trascrivendo dall'altro lato (il caso precedente) era il non stampo. Come conseguenza avremo che i due messaggeri avranno sequenza diversa: il messaggero che si forma partendo da P, passando per cro e cII in questo senso, è il filamento messaggero codificante, quello giusto che ha le sequenze corrette per essere tradotto in proteina; quando si passa attraverso questi due geni con la direzione opposta, e quindi partendo da P, viene fatto il messaggero complementare che non

è pertanto un messaggero ma un “anti-senso”, cioè un trascritto che può complementare, perché ha lasequenza perfettamente complementare, al messaggero “senso”. Per cI invece questo stesso trascritto è di “senso” perché cI viene trascritto apartire da P nella stessa direzione del trascritto che parte da P , e quindi nella stessa direzione del trascritto che è anti-senso per cro e cII (laL REdirezione di trascrizione è fondamentale per stabilire quale dei due filamenti di DNA verrà copiato in RNA: uno solo dei due è codificante, l’altrono ed è la direzione del suo promotore nativo che dice in quale senso deve passare l’RNA polimerasi sul gene per avere la trascrizione corretta delmessaggio). Questo RNA che si fa partire da P serve quindi a fare fondamentalmente il primo messaggero che codifica per cI, che verrà tradottoREe verrà fatta la prima

proteina cI; di contro ha un secondo ruolo, ovvero, facendo l'anti-senso di cro limita un po' la traduzione di cro perché, se pensiamo un attimo alle modalità con cui viene prodotta una proteina, sappiamo che queste vengono prodotte dai ribosomi che traducono gli RNA messaggeri che devono essere a singolo filamento per essere attaccati dai ribosomi; il fatto di avere dentro la cellula un messaggero anti-senso che può complementare a doppio filamento con il messaggero senso, questo sequestra l'RNA dal ribosoma che non potrà quindi essere tradotto, e pertanto non potrà essere tradotto cro. Questo è un meccanismo di silenziamento genico: usare l'anti-senso per sottrarre il filamento senso alla traduzione. A questo punto va capito quale ciclo si sceglie e quali sono le condizioni che inducono alla scelta del ciclo. Tutto dipende dall'attivatore trascrizionale cII, cioè quello che attiva il gene cI. La proteina cIIè un attivatore trascrizionale che ha un'emivita molto breve ed è soggetto a degradazione proteolitica da parte di una proteasi batterica, la proteasi HflA. Se questa proteasi è molto attiva nel batterio, cII viene degradato e se questo avviene non si potrà fare cI perché cII non ha il tempo di attivare il promotore P e di far trascrivere cI; ovviamente resterà solo croRE che farà attivazione del ciclo litico. I livelli di questa proteasi nel batterio sono molto alti quando il batterio sta affrontando una fase di crescita instato di benessere, di crescita esponenziale e quindi con un metabolismo molto attivo; metabolismi molto attivi prevedono anche la continua degradazione di proteine per riciclarle perché c'è necessità di molta sintesi di proteine e di conseguenza, anche se sembra un non-senso, sono molto attive anche le proteasi. Quando il batterio è in fase esponenziale di crescita significa che

si divide con molta frequenza. Allora il fago capisce da questa informazione che se fa ciclo litico la sua progenie troverà con molta probabilità molti batteri da infettare; quindi questa proteasi, in queste condizioni degrada cII,cII non attiva P , cI non viene mai fatto, vince cro e si fa il ciclo litico, collegandolo alla fase di crescita del batterio. Se di contro il batterio è in una fase di mancanza di nutrienti, non sono molto attive e cII ha più probabilità di essere "salvato", mantenuto attivo, quindi attiverà cI che avrà la possibilità di essere a concentrazioni maggiori.

CONDIZIONI CHE SPINGONO UNA DELLE DUE VIE

Ci sono almeno due condizioni che spingono verso il ciclo litico o lisogenico:

• Il benessere del batterio: se questo sta crescendo in modalità esponenziale, quindi con un metabolismo attivo, avrà alti livelli nel suo citoplasma di HflA, una proteasi specifica, che degrada cII; se cII

viene degradato ovviamente non potrà codificare per il trascritto di instaurazione del cI e quindi non potrà mai reprimere P, permettendo l'avanzare del ciclo litico. Questo ha un senso logico perché il batterio molto attivo in divisione frequente indica una grande presenza di cellule, per cui il fago sceglie la via litica perché la progenie fagica che viene fuori da un batterio che si lisa troverà nuovi batteri da infettare.

• Molteplicità di infezione: la molteplicità d'infezione indica quanti fagi infettano contemporaneamente una stessa cellula; dando una grande presenza di genomi fagici dentro il batterio; questo porta le proteine cII ad essere più rappresentate (+geni=+proteine), dando la possibilità a cro di progredire, facendo assumere al genoma fagico il ciclo lisogenico. In realtà se ci sono più geni ci sono più proteine come c2 ma come anche cro (che hanno effetti opposti, in questa

situazione sono presenti in rapporto 1.1 );però per instaurarsi la lisogenia, è sufficiente che cI vinca una sola battaglia e vada a bloccare il PR solo su una delle copie genomiche che sono state iniettate, per cui immediatamente instaura su questo genoma la sua iperproduzione; cI legata sotto forma di tetramero su Or1 e Or2, attiva la trascrizione di sé stesso, se questo avviene in una delle dieci copie genomiche di lambda che sono state iniettate nel batterio, che automaticamente va aspegnere tutti gli altri operatori P , perché aumenta di molto la concentrazione in tempi brevi. RcII, in realtà, oltre ad avere come bersaglio per l'attivazione trascrizionale il sito di legame di cII e quindi il promotore P , ha altri due bersagli: RE• Il primo si chiama P che sarebbe il trascritto che codifica per l'integrasi e l'escissionasi, due enzimi fondamentali per il processo di integrazione del genoma di lambda nel genoma di E. coli; la

lisogenia prevede integrazione, che avviene grazie ad un corpo proteico che sichiama intasoma, dove vanno a finire, oltre ad altre proteine, l'integrasi e l'escissionasi.

Processi Pagina 98chiama intasoma, dove vanno a finire, oltre ad altre proteine, l'integrasi e l'escissionasi.

• L'altro bersaglio è P ,(promotore per un antisenso di Q), Q è un gene che viene trascritto da sinistra verso destra, è soggetto a controllo di AQPr, e Q si trova nello stesso trascritto dove si trova Cro e C2, solo che è ancora più a valle. Q è un antiterminatore e agisce sul promotore Pr', quest'ultimo è un promotore forte che trascrive per tutti i geni della lisi, della testa e della coda, quindi tutti i geni che servono per costruire nuove particelle fagiche e lisare alla fine il batterio e quindi è un tipico promotore che si usa nel corso del ciclo litico. L'RNA polimerasi che si lega su Pr' per

proseguire nella sua trascrizione ha bisogno della proteina Q, quindi C2 che vuole contrastare il ciclo litico lo fa con: oltre adattivare il C1, attivare il promotore per l'integrasi va anche a "infastidire" l'antiterminatore Q che invece quest'ultimo fa vorisce il ciclo litico,Q fa quest'ultima cosa perché attiva il promotore Paq da questo parte un piccolo trascritto che percorre le sequenze codificanti Q in maniera contraria quindi si realizza un trascritto antisenso di Q. Se noi abbiamo contemporaneamente in una cellula il trascritto codificante per una proteina e il suo antisenso, cioè il filamento complementare sempre di RNA, e ciò si può fare utilizzando lo stesso DNA stampo mafacendolo percorrere da due RNA polimerasi che partono da due direzioni diverse. La complementarietà tra due RNA inibisce la traduzione del messaggio perché inibisce il processo traduzionale che prevede la presenza di mRNA a singololimiti previsti. Nel caso di lambda, pN e pQ sono proteine che agiscono come antiterminatori, cioè impediscono alla RNA polimerasi di terminare la trascrizione quando incontra il terminatore. Questo permette a lambda di trascrivere i geni necessari per il suo ciclo di replicazione e per la lisi della cellula ospite.