Biochimica applicata

REGOLAZIONE  DELLA  TRASCRIZIONE  NEGLI  EUCARIOTI:    

-­‐ In  ogni  momento  del  ciclo  vitale  della  cellula  sono  trascritti  solo  i  geni  che  servono;  

-­‐ La  trascrizione  è  controllata  da  proteine  (fattori  di  trascrizione)  che  modulano  l’attività  della  

polimerasi;  

-­‐ Ogni  cellula  ha  particolari  proteine  di  regolazione  ed  è  per  questo  che  esprime  un  insieme  

particolare  di  geni;  

-­‐ Promotori  e  enhancer  sono  le  regioni  regolatrici  più  importanti;  

-­‐ L’espressione  dei  geni  può  essere  regolata  a  più  livelli;  

-­‐ L’espressione  dei  geni  può  essere  controllata  in  ognuno  dei  punti  che  portano  dalla  trascrizione  

di  un  gene  all’inattivazione  della  proteina  che  da  esso  deriva;  

-­‐ Il  controllo  trascrizionale  è  prioritario:  impedisce  di  utilizzare  geni  non  necessari  alla  funzionalità  

cellulare;  

-­‐ Le  proteine  trascrizionali  interagiscono  con  la  regione  regolativa  del  gene:  il  promotore,  

sequenza  che  regola  in  modo  specifico  l’utilizzo  quantitativo  e  temporale  dell’informazione  

contenuta  in  uno  specifico  gene.    

Struttura  di  un  promotore:  

-­‐ Regione  basale:  comune  a  tutti  i  promotori  di  un  enzima,  è  la  ragione  minima  di  

riconoscimento/funzionamento  di  un  promotore.  Si  estende  per  poche  decine/centinaia  di  

nucleotidi  a  monte  dell’inizio  della  trascrizione.  Lega  i  fattori  di  trascrizione  basali  e  la  RNA  pol  II  

(è  molto  meno  estesa  della  specifica  e  può  portare  una  moltitudine  di  sequenze  che  nell’insieme  

determinano  la  specificità  di  uso  del  gene);  

-­‐ Regione  specifica:  è  formata  da  fattori  di  trascrizione  specifici  (possono  essere  attivatori  o  

repressori  della  trascrizione).  Si  può  estendere  per  migliaia  di  nucleotidi  a  monte  dell’inizio  della  

trascrizione.  

Enhancer  (o  amplificatori):  sequenze  di  DNA  localizzate  anche  a  distanza  (a  monte  oppure  a  valle)  che  

sono  in  grado  di  legare  diversi  fattori  di  trascrizione  specifici  aumentando  la  produzione  di  mRNA,  

poiché  amplifica  l’attività  della  RNA  pol.  

Mediatore:  complesso  proteico  che  interviene  nella  modulazione  delle  interazioni  tra  complesso  basale  

e  fattori  di  trascrizione.  

[I  geni  che  codificano  proteine  coinvolte  nello  stesso  fenomeno  biologico  (es.  differenziazione,  

secrezione,  migrazione)  hanno  promotori  con  sequenze  di  legame  per  FT  condivise.  In  questo  modo  

pochi  FT  possono  attivare  funzioni  complesse  che  richiedono  l’intervento  di  proteine  diverse].  

Fattori  di  trascrizione  (FT):  sono  proteine  e  come  proteine  devono  essere  sintetizzate,  la  sintesi  di  queste  

è  determinata  da  fattori  esterni  alla  cellula.  Singoli  FT  possono  influire  su  batterie  di  geni  nello  stesso  

modo.  Una  stessa  cellula  con  FT  diversi  sintetizza  proteine  diverse  e  quindi  ha  funzione  diversa  

(differenziazione  cellulare).    

EPIGENETICA:  qualunque  attività  di  regolazione  genetica  tramite  processi  chimici  che  non  comporta  

cambiamenti  del  DNA  ma  può  modificare  il  fenotipo.  I  fenomeni  epigenetici  alterano  l’accessibilità  fisica  

al  genoma  da  parte  delle  molecole  che  devono  esprimere  quel  gene.  Sono  modificazioni  reversibili  ed  

ereditabili.  Attraverso  questi  meccanismi,  informazioni  sulla  regolazione  dei  geni  sono  trasmesse  da  una  

generazione  (di  cellule  od  organismi)  senza  modificare  il  patrimonio  genetico.  Gli  effetti  dell’ambiente  

sull’epigenoma  sono  ben  visibili.  Es.  topo  agouti,  gatto  calico.  

-­‐ Metilazione  del  DNA:  sulla  citosina  di  sequenze  CpG.  Nelle  regioni  non  attive  il  DNA  è  metilato,  in  

quelle  trascritte  no,  ogni  cellula  ha  il  suo  schema  di  metilazione  che  ereditano  le  cellule  figlie.  Ciò  

mantiene  attivi/inattivi  gli  stessi  set  di  geni  in  cellule  dello  stesso  tipo  cellulare;  

-­‐ Metilazione  e  acetilazione  degli  istoni:  l’acetilazione  avviene  quando  la  trascrizione  è  attiva  sugli  

istoni  H1  e  quelli  dei  nucleosomi  e  riduce  la  loro  affinità  per  il  DNA.  Ciò  è  essenziale  per  

l’assemblaggio  del  complesso  di  trascrizione.  

Memoria  dell’espressione  genica:  

-­‐ Le  cellule  che  derivano  da  una  divisione  cellulare  sanno  quali  set  di  geni  devono  utilizzare;    

-­‐ Deve  esistere  qualche  meccanismo  che  assicuri  loro  una  memoria  del  tipo  cellulare  che  esse  

erano  prima  della  divisione;  

-­‐ Questo  meccanismo  non  deve  modificare  la  sequenza  dell’informazione  genetica  (tutte  le  cellule  

hanno  identico  genoma);  

-­‐ Il  meccanismo  principale  che  le  cellule  usano  è  la  metilazione  delle  citosine  CpG  mantenuta  da  

enzimi  in  grado  di  metilare  le  molecole  di  DNA  emimetilate  che  si  originano  dalla  duplicazione  

del  DNA;    

-­‐ Anche  i  fattori  di  trascrizione  sono  essenziali  nella  memoria  dell’espressione  genica.    

Importanza  della  regolazione  epigenetica:  

-­‐ Sviluppo  degli  organismi  pluricellulari;  

-­‐ Interazione  individuo-­‐ambiente;  

-­‐ Alimentazione,  inquinanti  ambientali;  

-­‐ Patogenesi  delle  malattie  (tumori,  ma  non  solo).  

La  struttura  dei  cromosomi  è  essenziale  per  il  controllo  della  espressione  genica,  determinando  sia  la  

attivazione  che  la  soppressione  dei  geni.