Genetica: regolazione genica negli eucarioti

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Regolazione genica negli eucarioti

Il più grande problema della biologia è il differenziamento cellulare. Porta allo sviluppo di un organismo completo.

Esperimenti sulla totipotenza

Totipotenza di cellule differenziate → Steward 1916 - Studio su cellule di radici di carota trasferite in terreni nutritivi contenenti ormoni, si formavano masse cellulari che si differenziavano in piccole piante.

Esperimenti analoghi fatti su nucleo differenziati in rana pipiens da Briggs e King (1952) - Trapiantare nucleo da un embrione in stadio di blastula, in un uovo non fecondato. È capace di produrre un embrione completo? Il 60% si fermarono allo stadio di girini, non andarono oltre.

Viceversa, John Gurdon negli anni '60 ebbe successo nella clonazione di un anfibio (Xenopus laevis). Raggi UV utilizzati per distruggere nucleo in cellula uovo non fecondata. Trasferito nucleo di cellula intestinale di girino. 10 su 726 si svilupparono in adulti. Dimostrata totipotenza dei nuclei somatici.

Pecora Dolly

→ Ian Wilmut e collaboratori 1997

Donatrice: pecora di razza finn dorset. Cellula prelevata da ghiandole mammarie. Nuclei inseriti in cellula uovo enucleata (utilizzando il virus di Sendai), proveniente da pecora di razza Black faced. Furono fuse 277 cellule somatiche con oociti enucleati. 29 si svilupparono fino allo stadio di morula. Solo una completò lo sviluppo fino alla nascita di Dolly. Presentava vari problemi (artrite). Si trattava del primo mammifero clonato.

Conclusioni

• Differenziamento cellulare non è irreversibile.
• Le modificazioni epigenetiche possono innescare cambiamenti nell’espressione genica.

Livelli di controllo dell’espressione dei geni

Esistono due tipi di geni:

• Geni housekeeping espressi in modo costitutivo, funzioni fondamentali (per esempio ribosomiali, cruciali per il metabolismo)
• Geni per tessuto/stadi specifici (espressi nel differenziamento cellulare)

Esistono vari livelli per controllare l’espressione genica del DNA: regolazione della sua trascrizione, post trascrizione, della sua traduzione, della degradazione e vita del mRNA, della degradazione delle proteine stesse già formate.

Per arrivare a queste conoscenze, si partì dalle prime evidenze sperimentali sull’esistenza di meccanismi di controllo dell’espressione genica (negli eucarioti):

• Espressione dei geni globinici. Ovvero la sintesi delle globine alfa e beta, cambia durante lo sviluppo (fetale e adulto, cambiano le caratteristiche). La presenza di queste proteine variava durante lo sviluppo. Suggerimento che l’espressione dei geni potesse essere regolata.
• Puffs (regioni di decondensazione del cromosoma). In queste regioni, vi è una maggiore trascrizione che suggerisce un controllo sull’espressione genica.