Regolazione dell espressione genica

Espressione genetica e suoi meccanismi di controllo

Espressione costitutiva e regolata

Espressione costitutiva: geni sempre “accesi” (ON), codificano per molecole fondamentali.

Espressione regolata:

• Inducibile: geni espressi solo se nell’ambiente sono presenti determinate sostanze o condizioni.
• Reprimibile: espressione cessa quando nella cellula sono presenti quantità sufficienti di tali sostanze.

Meccanismi di regolazione nei procarioti

Nei procarioti, un gruppo di geni strutturali codificanti per proteine con funzioni correlate è sottoposto a una regolazione unica attraverso l'operone. La struttura dell'operone include:

• Geni strutturali: geni codificanti per proteine situati in posizioni adiacenti sul cromosoma.
• Gene regolatore: codifica per una proteina detta repressore.
• Promotore: sequenza di DNA a cui si lega l’RNA polimerasi.
• Repressore: proteina dotata di doppia specificità. Nella sua forma attiva, è in grado di legarsi stabilmente a una molecola di DNA. Nella sua forma inattiva, si stacca dal DNA e può legarsi con un’altra molecola, che ne determina l'attivazione o l'inattivazione.
• Induzione: il legame del repressore con l'induttore lo inattiva.
• Repressione: il legame del repressore con il corepressore lo attiva.
• Operatore: breve sequenza posta tra promotore e geni strutturali su cui si posiziona il repressore attivato, impedendo lo scorrimento della RNA polimerasi.

Esempio di operone inducibile: operone lac

L'operone lac include:

• Geni strutturali:
  • beta-galattosidasi (lacZ): codifica per un enzima.
  • Permeasi (lacY): codifica per una proteina di trasporto.
  • Transacetilasi (lacA): codifica per un enzima.
• Induttore: allolattosio, che si lega al repressore e permette la trascrizione.
• Operatore: due sequenze di 24bp palindrome.
• Repressore: è un tetramero.
• RNA polimerasi: non ha un’elevata affinità per il promotore. Per far sì che avvenga l’attacco, a monte deve trovarsi legata una particolare proteina legante il cAMP (CRP = cAMP receptor protein). Il complesso CRP-cAMP recluta l’RNA polimerasi e facilita il suo attacco al promotore.

Meccanismi di controllo negli eucarioti

• A livello genomico: il numero di copie di geni viene aumentato in condizioni specifiche, generando un aumento del trascritto genico.
• Stato della cromatina (epigenetico): regola il livello di accessibilità al genoma, con l'eucromatina più trascritta dell'eterocromatina.
• Modulazione trascrizionale: analoga a quella dei procarioti, ma con componenti in più.
• Regolazione post-trascrizionale: regola le fasi successive alla trascrizione ma precedenti alla traduzione.
• Regolazione traduzionale: a livello della sintesi proteica.
• Regolazione post-traduzionale: modulazione di attività e smistamento di proteine.