Regolazione dell espressione genica

OPERONE: correlate sottoposti ad una regolazione unica.

Struttura:

• GENI STRUTTURALI: geni codificanti per proteine situati in posizioni adiacenti sul cromosoma repressore
• GENE REGOLATORE: codifica per una proteina detta
• 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 ad una molecola di DNA. Nella sua forma inattiva si stacca dal DNA. È in grado di legarsi con un'altra molecola, che determina la sua attivazione/inattivazione
• INDUZIONE: legame di repressore con induttore lo fa inattivare
• REPRESSIONE: legame di repressore con corepressore lo fa attivare
• OPERATORE: breve sequenza posta tra promotore e geni strutturali su cui va a posizionarsi il repressore attivato, impedendo lo scorrimento della RNA polimerasi.

OPERONE lac: esempio di operone inducibile:

• GENI STRUTTURALI: beta-galattosidasi lacZ: codifica per un enzima
• permeasi lacY: codifica per una proteina di trasporto

transacetilasilacA: codifica per unao allolattosio,

INDUTTORE: che si lega al repressore e permette latrascrizione.

OPERATORE: due sequenze di 24bp palindrome (speculari)

REPRESSORE: è un tetramero

RNA POLIMERASI: non ha un'elevata affinità per il promotore (repressione da cataboliti), per far sì che avvenga l'attacco a monte di cAMP (CRP =esso deve trovarsi legata una particolare proteina legantecAMP receptor protein). Il complesso CRP-cAMP recluta l'RNA pol e facilitail suo attacco al promotore.

Meccanismi di controllo negli eucarioti:

- A LIVELLO GENOMICO: numero di copie di geni viene aumentato in condizioni specifiche generando un aumento del trascritto genico

- STATO DELLA CROMATINA (EPIGENETICO): regola livello di accessibilità al genoma, eucromatina è più trascritta di eterocromatina

- MODULAZIONE TRASCRIZIONALE: analoga a quella dei procarioti ma con componenti in più

- REGOLAZIONE POST-TRASCRIZIONALE: regolare fasi

successive allatrascrizione ma precedenti alla traduzione- REGOLAZIONE TRADUZIONALE: a livello della sintesi proteica1 - REGOLAZIONE POST-TRADUZIONALE: modulazione di attività, smistamento di proteine

Conformazione della cromatina:

- EPIGENETICA: insieme delle modificazioni che avvengono al livello dellacromatina (DNA + istoni) che comportano una variazionedell'accessibilità al genoma, in particolare modificano la trascrivibilità del genoma stesso, senza modificare la sequenza del DNA.

- modificazioni epigenetiche degli istoni: vedi fotocopia

- modificazioni epigenetiche del DNA: isole CpG: una delle modificazioni epigenetiche del DNA è a carico della citosina (C), chemetilata in posizione 5 dell'anello pirimidinico. Questa metilazione avviene generalmente alle citosine legate da un fosfato a delle guanine, con la formazione di una struttura simmetrica. Un caso particolare è dettato dalle isole CpG, in cui questa citosina non è metilata.

Dalmomento che una metilazione coincide generalmente con il Genesilencing, una citosina CpG demetilata si trova in promotori di tratti dimolti geni housekeeping. Un cambiamento dello stato di queste isole puòessere coinvolto nella patogenesi di molte malattie, tra cui i tumori. A livello della trascrizione: - promotori (vedi appunti trascrizione): regione del DNA a cui si lega la RNA polimerasi II insieme ai fattori generali di trascrizione (TFII…) - ENHANCER: piattaforme attive di attivazione della trascrizione, regolanopositivamente l’attività dei promotori. Queste sequenze contengono sitidi legame per fattori di trascrizione aumentando la probabilità di iniziodella trascrizione presso il promotore che controllano. Rilassano lacromatina e aiutano nel reperimento dei TF necessari all’avvio dellatrascrizione da parte di RNA pol II. Sono in corso numerosi studi, ma si ècompreso che l’enhancer durante la sua azione viene a trovarsi in

strettavicinanza spaziale con il promotore che governa.- SILENCER: vi si legano i fattori negativi della trascrizione, molto spesso agiscono in momenti chiave del differenziamento o dello sviluppo cellulare. Reclutano HDAC o HMT.

ORMONI STEROIDEI: derivano da un precursore comune che è il colesterolo, una molecola di natura lipidica (il colesterolo viaggia nel sangue trasportato da LDL). Essendo apolari, possono attraversare liberamente la membrana plasmatica ed entrare nel citoplasma, dove si combinano con il recettore, un recettore di trascrizione che viene attivato dal legame con il ligando nucleari = il complesso recettore/ligando si accumula nel nucleo, dove produce delle variazioni a livello trascrizionale.

FATTORI DI TRASCRIZIONE: proteine extracellulari (ormoni, fattori di crescita, citochine) sono in grado di modificare rapidamente l'espressione dei geni nucleari. Diversi fattori di trascrizione sono bersaglio di cascate di reazione che portano alla regolazione

dell'attività di diverse proteine. - CREB: attivato dalla PKA, a sua volta attivata dal cAMP, viene attivato dalla fosforilazione e stimola l'espressione nel fegato dei geni che codificano per enzimi necessari alla gluconeogenesi. (VIA DEL GLUCAGONE) - STAT: può essere reclutata sulla faccia interna della membrana da recettori dotati di attività tirosina chinasi grazie al loro dominio SH2. La proteina fosforila su di esse specifiche tirosine e i fattori STAT fosforilati utilizzano poi i loro domini SH2 per dimerizzarsi, poi entrano nel nucleo dove si legano al DNA. Risposta allo shock da calore: meccanismo molto complesso, indotto anche da stress ossidativo, da tossine o infezioni batteriche. Risposta heat-shock è promossa dai geni HSP, mediata da sequenze in cis presenti nel loro promotore chiamate HSE. Fattori in trans che legano le HSE sono chiamati HSF. Controllo post-trascrizionale: - splicing alternativo: da un singolo gene vengono prodotti

più varianti dimRNA. Processo operato dallo spliceosoma. È un modo per aumentare ladiversità funzionale delle proteine. Lo splicing alternativo è coinvolto in svariatecondizioni patologiche, che possono escludere/includere esoni/introni sbagliatinella molecola di mRNA maturo.

Anche il poro nucleare funziona da regolatore dell’espressione genica

Controllo a livello della traduzione:controllo attraverso fosforilazione/defosforilazione dei fattori di inizioe allungamento: alcuni mRNA possono essere mantenuti in uno stato diquiescenza fino a quando la traduzione non viene attivata in risposta a stimolivia diesterni. Controllo attraverso fosforilazione di eIF4E, controllato dallasegnalazione recettore-chinasi mTOR. Fosforilazione rende eIF4E-BP poco affineper eIF4E che può interagire con eIF4G e reclutamento del complesso di iniziosull’mRNAmodulazione della stabilità degli mRNA: code poli-A corte sono associatecon repressione trascrizionale,

code lunghe favoriscono la traduzionereclutando la PABP, che si lega al fattore di inizio della traduzione eIF4G che apoli-A polimerasi deadenilasi.sua volta lega eIF4E3. Azioni antagoniste di eRNAi (RNA interference): meccanismo con cui i regolatori dell'espressionegenica sono RNA di piccole dimensioni non codificanti.

- siRNA (small interfering RNA): lunga molecola di RNA a doppio filamento(ottenuta per trascrizione di entrambi i filamenti, consenso e antisenso)ribonucleasi Dicerche viene poi tagliato ad opera di una in frammenti piùpiccoli, chiamati siRNA. Questi siRNA stimolano formazione del complessoRISC, che svolge i due filamenti, e ne sceglie uno, l'altro va incontro adegradazione. Il complesso contiene una famiglia di proteine chiamateArgonauta. Il siRNA caricato in RISC ha una complementarietà perfettacon l'RNA da demolire. Argonauta taglia l'mRNA legato al siRNA,impedendo quindi la sua traduzione. È un meccanismo potentissimo.

diGene silencing, una sorta di "sistema immunitario" di difesa da trascritti aberranti o RNA virali.