Controllo dell'espressione genica, riparazione del DNA e mutazione

Controllo dell'espressione genica (procarioti ed eucarioti), meccanismi di riparazione del DNA e mutazioni

Controllo dell'espressione genica

Definiamo genoma l'insieme dei geni che caratterizzano un organismo, trascrittoma l'insieme degli RNA messaggeri prodotti da una determinata popolazione cellulare, e proteoma l'insieme delle proteine prodotte da una determinata popolazione cellulare. In tutti gli organismi viventi, le informazioni contenute nel genoma non si esprimono contemporaneamente e sono finemente regolate. Ci sono geni a espressione costitutiva (housekeeping), geni a espressione condizionale (inducibili, reprimibili) e geni specializzati (es. tessuto-specifici, che a loro volta possono essere costitutivi o condizionali). Le cellule rispondono in modo complesso a stimoli complessi. La maggior parte delle risposte cellulari richiede l'attivazione e/o la repressione coordinata di molti geni: controllo dell'espressione genica o regolazione dell'espressione genica. Le cellule eucariotiche mantengono un patrimonio genetico completo (equivalenza genomica) e hanno la capacità di sintetizzare qualsiasi RNA e proteina della specie alla quale appartengono. La differenza tra il potenziale sintetico delle cellule eucariotiche e il numero di RNA e proteine realmente prodotte riflette la presenza di meccanismi di controllo.

Controllo dell'espressione genica nei procarioti

Finalità: rispondere rapidamente ai cambiamenti ambientali risparmiando il più possibile energia, quindi niente mRNA o proteine che non servano subito. Base fisiologica: la maggior parte dei geni è espressa costitutivamente - pochi geni sono regolati, ognuno con il proprio meccanismo individuale, di induzione o di repressione. Ad esempio, la traduzione è subito successiva alla trascrizione e gli mRNA hanno vita breve. Geni regolati possono essere:

• Geni inducibili: induzione da substrato.
• Geni reprimibili: repressione da prodotto finale.

Gene inducibile = Operone lac: si tratta di una via catabolica, normalmente inattiva (non espressa), che viene attivata (indotta) dalla presenza della molecola da degradare (es. il lattosio). È un operone inducibile: l'operone del lattosio (E. Coli) dove lac Z codifica per la β-galattosidasi (enzima che scinde il lattosio in glucosio + galattosio), lac Y galattoside permeasi (proteina di membrana che permette di trasportare il lattosio all'interno della cellula), lac A tiogalattoside acetiltransferasi (enzima il cui ruolo fisiologico non è ancora chiaro), lac I (gene regolatore) codifica per il repressore dell'inducibilità. Solo in presenza di lattosio, il repressore viene rimosso dall'operatore che sta a cavallo del promotore e avviene la trascrizione dell'operone lac.

Gene reprimibile = Operone Triptofano: si tratta di una via anabolica, normalmente attiva (espressa), che viene inattivata (repressa) dalla presenza della molecola che si forma per effetto delle attività enzimatiche ivi codificate (es. il triptofano). In assenza di triptofano, il gene è attivato. Il triptofano si lega al repressore e lo porta sull'operatore per bloccare la trascrizione, è un operone reprimibile: in assenza di trp, i geni per la sintesi del trp sono attivi. In presenza di trp, il repressore si posiziona sull'operatore che sta a cavallo del promotore e non avviene la trascrizione dell'operone trp.

Per quanto riguarda l'operone inducibile lac, possiamo dire che ha un promotore debole: per essere trascritto richiede ulteriori fattori regolatori.