Regolazione genica a livello post trascrizionale

Regolazione genica a livello post-trascrizionale

Oggi iniziamo a parlare della regolazione dell'espressione genica a livello post-trascrizionale, quindi quella che riguarda gli eventi nucleari di capping, splicing (faremo qualche accenno anche allo splicing alternativo), taglio e poliadenilazione. Poi vedremo quello che succede a livello traduzionale. Questi eventi sono strettamente correlati alla trascrizione; tanto sono più vicini temporalmente e spazialmente, tanto più sono efficaci: il capping è assolutamente correlato ai fattori trascrizionali che si sono seduti sopra il promotore non lontano da dove il capping stesso poi dovrà avvenire. Lo splicing lo stesso, soprattutto i primi introni sono importanti anche per l'efficienza trascrizionale; taglio e poliadenilazione avvengono in maniera co-trascrizionale, e i fattori responsabili di questo processamento (per es. CPSF) sono presenti sul promotore prima che la trascrizione cominci. Questo è vero per molti fattori che partecipano, e il passaggio di questi fattori dai fattori di trascrizione propriamente detti avviene sempre sulla coda fosforilata del CTD di cui abbiamo parlato la scorsa volta.

In realtà un RNA nudo nella cellula non può esistere; l'RNA è una molecola estremamente reattiva dal punto di vista chimico (molto più del DNA), è a singola elica, e ha un gruppo ossidrile in più che determina questa estrema reattività. In più è una molecola pericolosa perché esistono molti virus a RNA, e quindi è una molecola che la cellula tende a degradare quando non la trova protetta. Questo per motivi sia fisiologici che per motivi chimici. Quindi affinché un RNA venga prodotto e possa rimanere stabilmente nella cellula per poter funzionare, deve essere coperto da proteine, in modo che le basi (quelle liberamente esposte, che non fanno struttura secondaria intramolecolare) siano coperte e quindi non possano reagire facilmente, e soprattutto in modo che le estremità libere 5’ OH e 3’OH (o fosforilate) possano essere protette da proteine o da strutture apposite. Altrimenti l'RNA nudo viene degradato.

Degradazione dell'RNA

In realtà il default cellulare è degradare l'RNA. Quindi il concetto è che se l'RNA non è correttamente foldato, correttamente coperto da proteine, assolutamente protetto alle estremità, la cellula lo degrada. Quindi il concetto è che la cellula degrada tutto l'RNA che viene fatto meno quello che serve, il che forse è un concetto un po’ diverso da quello che vi hanno raccontato fino ad adesso, ma perché è relativamente recente: questo vuol dire che la cellula fa più RNA di quello che le serve, da un lato perché molto di questo RNA viene degradato, dall'altro perché le è più conveniente. Tutte quelle cose che vi hanno raccontato sulla stretta produzione rispetto alle necessità cellulari per molti versi e per molti geni non sono assolutamente vere.

In realtà questo è quello che succede nel nucleo (nella fattispecie questo è quello che succede nel nucleo di lievito, ma è lo stesso per gli eucarioti superiori ed è lo stesso per i neuroni), e questo tipo di concetto che mi preme vi rimanga impresso bene in mente succede anche nel citoplasma. Che vuol dire? Vuol dire che dal DNA viene fatto un RNA messaggero, questo mRNA è cappato, poliadenilato, processato e spliceato, ma in realtà solo una piccola parte di questo RNA va incontro a un processamento produttivo che alla fine fa un RNA maturo che viene esportato. La gran parte di questo RNA in ogni momento all'interno di ogni cellula (in quantità diversa a seconda del momento e del tipo di cellule) viene degradato; viene degradato perché esistono enzimi, in questo caso nucleari (ma esistono degli omologhi di questi enzimi), che mangiano l'RNA soprattutto a partire dalle estremità 5’ e 3’ e che degradano questo RNA. Attenzione, questo è un RNA normale, non mutato o non correttamente foldato!

Processamento e regolazione dell'RNA

Quello che vi sto dicendo è che in ogni momento, per molti geni (non per tutti) e per tutti i geni housekeeping (che sono quelli che la cellula deve fare sempre), la gran parte dell’RNA viene degradato e non arriva a essere processato in maniera corretta ed esportato nel citoplasma. Perché??? Il concetto è che di questi geni io ne faccio tantissimi, perché trascrizionalmente non ho dei fattori trascrizionali specifici come per altri geni che per esempio hanno anche una TATA box precisa; sono geni che devo più o meno fare sempre, però mi serve regolarli, perché in realtà a seconda della necessità e dello stato (es. proliferazione cellulare) mi serve fare più o meno proteine ribosomiali, più o meno istoni, insomma cose che mi servono sempre. Però molto spesso l'aggiustamento di questa produzione (valido sia per il lievito che per gli organismi superiori) non avviene a livello trascrizionale, perché mettere su un apparato trascrizionale in grado di modificare una trascrizione così generale è complicato; devo fare un sacco in più di fattori.

Quindi in realtà lo squilibrio, lo sforzo metabolico della cellula è molto maggiore andando a cambiare lo stato trascrizionale rispetto a variare lo stato post-trascrizionale. Che vuol dire? Se a me servono più di questi messaggeri (è un discorso per gli housekeeping ma è abbastanza generale) preferisco spostare questo rapporto da qui a qui in modo da avere più processamento produttivo che mi permette di fare più proteina codificata da questo mRNA piuttosto che mettere su un apparato trascrizionale, il che non vuol dire che non lo metto su, lo metto su solo se veramente mi serve in maniera sostanziale.

Allora, quando un microrganismo come un lievito trova una condizione favorevole alla crescita e la sfrutta subito, questi mRNA vengono fatti e si tratta semplicemente di stabilizzarne di più. La condizione favorevole ad es. per la replicazione delle cellule dura nel tempo e ok, arrivano dei segnali e si comincia a modificare lo stato trascrizionale in modo da aumentare la quantità prodotta. Ma fino a quando questo non succede e non perdura nel tempo, la regolazione avviene soprattutto a questo livello, e questo è vero per praticamente tutti i messaggeri che conosciamo. Questa percentuale può variare di molto, nel caso dei geni housekeeping delle proteine ribosomiali è così (nel senso che il 70% viene degradato e il 20% va incontro a processamento), per altri geni può essere 50% e 50% o per altri geni ancora può essere preponderante la parte che viene utilizzata in un dato momento. Ma esiste sempre un equilibrio tra mRNA sani che vengono degradati e mRNA che vengono processati.

Questa scelta è una scelta multipla, nel senso che in ogni passaggio di processamento che sia capping, che sia...