Biologia cellulare

REGOLAZIONE TRANSFERRINA

Ci sono alcuni mRNA in cui la degradazione ha inizio in conseguenza di un taglio da parte di endonucleasi

che riconoscono particolari sequenze localizzate nelle regioni non tradotte all’estremità 3’ (3’UTR) e

tagliano l’mRNA internamente. La proteina citosolica aconitasi si lega al 3’UTR dell’mRNA che codifica per il

recettore proteico che lega la transferrina, blocca il taglio endonucleolitico dell’mRNA, aumentando così la

produzione del recettore. In questo caso quando la proteina si lega alla struttura secondaria perche non c’è

ferro, questa proteina copre dei tratti nucleotidici che sono dei siti di taglio e protegge le endoncleasi, in

questo modo non viene degradato, rimane stabile e può essere abbondantemente tradotto.

L’aggiunta di ferro alle cellule fa diminuire la stabilità dell’mRNA che codifica il recettore proteico che lega

la transferrina provocando una riduzione della produzione di questo recettore. L’aconitasi in presenza di

ferro non si lega più al 3’UTR lasciando esposte le sequenze riconosciute e tagliate dalle endonucleasi.

Normalmente l’aggiunta della coda di poli A avviene nel nucleo ma può essere regolata anche a livello

citosolico per controllare la traduzione. Gli mRNA accumulati nel citoplasma dell’oocita in maturazione, che

non devono essere tradotti ma devono rimanere stabili, anche se hanno una coda corta, aspettano lo

stimolo della fecondazione e dopo che avviene, un enzima allunga le code e questo sarà lo stimolo per

attivare gli mRNA alla traduzione. La proteina CPEB (proteina che si lega agli elementi di poliadenilazione

citoplasmatica) regola la traduzione degli mRNA materni durante la maturazione dell’oocita. La proteina

CPEB si lega ad una sequenza nel 3’UTR di questi mRNA e blocca la traduzione legandosi ad un’altra

proteina, Maskin, che funziona come una 4E-BP mRNA-specifica .

Questo meccanismo di controllo specifico della traduzione di un mRNA va ad interferire quindi con la

formazione del complesso eIF4F.

Quando eIF2 è fosforilato ci si potrebbe aspettare che la traduzione di tutti gli mRNA diminuisca.

Al contrario, la fosforilazione di eIF2 può avere effetti selettivi, aumentando la traduzione di mRNA che

contengono uORF, moduli di lettura aperti a monte che generalmente hanno un ruolo regolatorio negativo

sulla traduzione della sequenza codificante intrappolando un complesso di inizio del ribosoma.

Tali moduli di lettura presentano un codone di inizio AUG e un codone di terminazione.

Nel caso dei LIEVITI diminuiscono globalmente la sintesi proteica per mancanza di nutrienti ad eccezione

delle proteine necessarie per la sintesi dei nutrienti stessi. Per cercare di sopravvivere, la cellula non puo

spengere tutti gli mRNA, quindi deve permette la traduzione di mRNA di proteine coinvolte nella sintesi di

nutrienti.

Tutto questo avviene grazie a uORF. L’mRNA della proteina GCN4, un fattore di trascrizione che regola

l’espressione di geni che codificano proteine per la sintesi di aminoacidi, contiene quattro brevi uORF.

Nel caso in cui i nutrienti siano sufficienti, i 4 uORF a monte della sequenza codificante sono moduli di

lettura che hanno un codone di inizio ed uno di terminazione, quindi la sub minore quella maggiore

formano il complesso e traducono tutte e tre le 4 sequenze, dopo la traduzione del quarto modulo le

subunità si staccano e CGN4 non viene codificata.

Se i nutrienti mancano, si attiva la chinasi GCN2, che fa sequestrare eIF2B e CGN4 deve essere tradotto. In

queste condizioni, non ci sono molti metionil-tRNA quindi la subunità minore non si stacca dal messaggero

dopo il primo modulo e aspetta il metionil-tRNA proseguendo avanti, superando via via tutte e quattro i

moduli di lettura, quindi la subunità minore arriva davanti a ORF a questo punto riceve il metionil e codifica

CGN4.

La presenza di questi moduli di lettura, in situazione normali inibiscono la traduzione della sequenza

codificante, ma quando la cellula ha bisogno di quel fattore perché è inibita la sintesi proteica globale, la

cellula riesce a superare questi moduli.

Ci sono anche casi in cui è un FATTORE DI ALLUNGAMENTO ad essere un substrato bersaglio di una

modificazione che porta all’arresto della sintesi proteica. La DIFTERITE è prodotta da un batterio che rilascia

una tossina che danneggia organi e tessuti. Questa tossina va a modificare il fattore di allungamento EF2

che promuove lo spostamento del ribosoma di un codone in modo che il sito A torni libero per un nuovo

tRNA. Questa tossina provoca un ADP-ribosilazione, ed è NAD-dipendente, e porta ad un’inattivazione del

fattore e non avviene la trascolazione e il rilascio delle proteine, quindi si blocca la sintesi.

microRNA (miRNA)

parlando di regolazione questi microRNA, sono stati scoperti più recentemente, e si sa che vanno a legarsi

con la regione non tradotta (3’) di un mRNA bersaglio e a seconda del grado ci complementarietà,

interferiscono con la traduzione del messaggero poiché formano un RNA a doppio filamento.

Nel nostro DNA abbiamo molti geni che codificano tantissimi miRNA diversi che permettono un controllo

elevato della traduzione degli RNA, sono trascritto dalla RNA pol II, e presentano cappuccio e coda ma a

livello nucleare e citoplasmatico, subiscono dei tagli.

Nel nucleo prima e nel citoplasma poi subiscono delle modificazioni e successivamente vengono incorporati

nel complesso RISC di silenziamento.

Grazie alla proteina Argonaute il microRNA trova il suo mRNA bersaglio con cui si appaia tipicamente nella

regione 3’UTR (circa sette nucleotidi).

Se il grado di complementarietà è esteso, l’mRNA viene tagliato e degradato da Argonaute.

Se invece il grado di complementarietà è meno esteso, l’mRNA non verrà degradato ma la sua traduzione

verrà repressa, la coda poliA accorciata e l’mRNA spostato verso strutture citosoliche chiamate corpi di

processazione (P bodies).

miRNA è stato sviluppato per proteggersi dagli attacchi virali. Parlando ad interferenza a RNA che è stato

visto anche nelle piante, la presenza di RNA a doppio filamento, quindi segno di infezione di un virus.

L’interferenza a RNA probabilmente si è sviluppato come protezione dagli attacchi dei virus. La presenza di

RNA a doppio filamento attiva DICER nel citoplasma che genera piccoli RNA interferenti detti siRNA (RNA di

silenziamento). Questi siRNA vengono incorporati nel complesso di silenziamento RISC e il piccolo RNA ora

a singolo filamento guiderà il complesso verso RNA prodotti dal virus . Poiché vi è un’esatta

complementarietà, il RISC distruggerà rapidamente queste molecole. In alcuni casi il meccanismo

dell’interferenza da RNA agirà spengendo la sintesi di RNA.

I piccoli RNA interferenti vengono incorporati in un complesso di silenziamento RITS che si legherà a

trascritti complementari sintetizzati dalla RNA polimerasi II. In questa posizione il complesso RITS recluterà

proteine che modificano la cromatina impedendo la sua trascrizione

CICLO CELLULARE

La divisione cellulare deve essere anticipata da una crescita cellulare. La fase S è quella in cui la cellula

duplica il proprio DNA ed occupa tempo quindi la fase M è molto piu rapida ed occupa molto meno tempo.

Tra la fase S ed M sono richiesti una serie di controlli, quindi per garantire che il DNA venga duplicato bene

che il genoma venga trasmesso integro, sono necessari vari meccanismi di controllo. Tra la fase S di sintesi e

la fase M, per consentire la crescita ( nella maggior parte dei cicli, quindi non tutti) sono previsti degli

intervalli che si chiamano GAP. I meccanismi di regolazione prevedono vari sistemi di backup, ce ne sono

molti in modo che se uno non funzionasse ne abbiamo un altro pronto a regolare il ciclo cellulare in modo

appropriato e quindi che quei tessuti, quell’organi e quell’organismo stia bene e funzioni.

G1 prevede una sorte di strada che esce dal ciclo cellulare e porta a G0 e indica cellule che non si dividono

irreversibilmente o temporaneamente.

La fase M prevede degli eventi tipicamente nucleari e poi una divisione cellulare vera e propria che porta

alla formazione delle cellule figlie.

Negli anni ’70 del secondo scorso sono state fatte le prime conoscenze sul ciclo cellulare.

MITOSI

Passaggio in PROFASE, la cromatina deve andare incontro ad una forte condensazione in modo che la

molecola sia più facilmente maneggevole, inoltre scompare il nucleolo e inizia a formarsi il fuso mitotico, i

cromosomi replicati si condensano→ 2 cromatidi uniti dal centromero. In PROMETAFASE c’è il

dissolvimento involucro nucleare, formazione del fuso mitotico completata, i cromosomi si attaccano i

microtubuli del fuso. METAFASE i cromosomi si dispongono all’equatore del fuso, a metà strada fra i due

poli, grazie ai microtubuli del cinetocore del fuso mitotico. ANAFASE PRECOCE i cromatidi si separano in

modo sincrono, i microtubuli del cinetocore si accorciano e i poli del fuso si separano.

ANAFASE TARDIVA, ciascun cromatidio ha raggiunto il rispettivo polo del fuso. TELOFASE:

cromatidi/cromosomi si decondensano, l’involucro nucleare e i nucleoli si formano, il fuso mitotico si

disgrega. La Citocinesi divide in due il citoplasma grazie alla formazione di un anello contrattile di filamenti

di actina e miosina.

Nel processo di COMPATTAZIONE DI CROMATINA agiscono le CONDENSINE, che sono anche un chiaro

bersaglio per quando la cellula dovrà entrare in profase. Ciò che tiene uniti i cromatidi sono le COESINE

anche queste soggette a forti regolazioni. Questo fuso fatto di microtubuli inizia ad essere organizzato a

partire dai centrosomi. Alcuni si agganciano al cinetocore e altri si chiamo polari.

Anche il corretto assemblaggio e funzionamento del fuso sono controlli durante la divisione. La cellula

prima di entrare in anafase deve controllare che i microtubuli siano correttamente assemblati e abbiamo

agganciato correttamente i cromatidi, deve esserci la giusta tensione.

In METAFASE i cromosomi sono massimante condensati e disposti nella piastra metafasica, le forze dei

microtubuli che tirano da parte opposte si bilanciano. Il passaggio da metafase ad ANAFASE è fortemente

controllato, in anafase i cromatidi si separano per l’accorciamento dei microtubuli del cinetocore e

l’allungamento di quelli polari. In TELOFASE, la cromatina si decondensa, e si riforma il nucleo mentre il fuso

mitotico si degrada mentre si formano i filamenti di miosina e actina.

Negli organismi che si riproducono sessualmente, i genomi dei genitori si combinano generando una

combinazione unica nella progenie attraverso la meiosi, che prevede due divisioni successive, la prima

passa da diploide ad aploide e poi subisce un’ulteriore divisione che prevede un cromosoma con un solo

cromatide.

La Meiosi

La maggior parte