Domande e risposte 1° parziale Biochimica alimentare

DNA

La trascrizione può essere regolata agendo sul DNA; l'accessibilità del DNA è correlata alla

struttura della cromatina, un'organizzazione compatta (formata da DNA avvolto intorno ad un otta

mero di proteine istoniche a dare il nucleosoma), che deve essere rilassata a nché il DNA sia

accessibile ai fattori trascrizionale e agli enzimi che regolano la trascrizione. Gli istoni sono

proteine basiche ricche di residui carichi positivamente che si associano al DNA a carico

negativamente. Per favorire l'accesso al DNA è necessario mascherare le cariche positive degli

istoni mediante modi cazioni chimiche come l'aggiunta di gruppi acetile o metile. L'acetilazione,

catalizzata dalle HAT, neutralizza le cariche positive degli istoni impedendo l'interazione col DNA e

rendendolo accessibile alla trascrizione; al contrario la deacetilazione operata dalle HDAC,

ripristina la carica positiva favorendo l'interazione degli istoni al DNA e limitando l'accesso alla

trascrizione. Alcuni componenti alimentari possono favorire l'acetilazione o la the acetilazione

in uenzando così l'accessibilità del DNA e l'espressione genica; ad esempio le catechine del te

verde, favoriscono l'acetilazione per i geni che producono enzimi antiossidanti come SOD, ma

promuovono la deacetilazione per inattivare geni pro-in ammatori.

Descrivere il ruolo delle sirtuine

Le sirtuine (es. SIRT1) sono deacetilasi epigenetiche dipendenti da NAD+, un cofattore il cui

rapporto con NADH ri ette lo stato metabolico. Durante restrizione calorica, i livelli di NAD+

aumentano, attivando e favorendo le sirtuine, che favoriscono processi adattativi come:

• Fegato: deacetilano i geni della glicolisi, favorendo indirettamente la gluconeogenesi e

l’ossidazione degli acidi grassi per generare energia.

• Cellule β del pancreas: deacetilano geni che regolano la secrezione di insulina, supportando

l’ingresso di glucosio nelle cellule.

Composti come il resveratrolo (presente nel vino rosso) o il digiuno possono aumentare l’attività

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delle sirtuine, promuovendo e etti bene ci sul metabolismo.

Come vengono regolate le proteine coinvolte nella trascrizione (fattori di trascrizione)

I fattori di trascrizione sono le proteine coinvolte nella trascrizione ed hanno tre domini in comune:

il dominio di legame al DNA (Zn nger o leucine zipper), il dominio di transattivazione (porzione in

cui si lega la RNA polimerasi) e il dominio di regolazione (per esplicare l’attività legandosi a DNA o

altri fattori di trascrizione).

La regolazione di questi fattori trascrizionale può essere di diversi tipi:

- regolazione allosterica: in cui i ligandi allosterici (molecole alimentari) non legano direttamente il

DNA, ma legano i fattori trascrizionale in uenzando di conseguenza la trascrizione; questi

componenti sono in grado di arrivare al nucleo e intervenire sulla trascrizione di del DNA.

- Modi cazione covalente: possono essere fosforilazioni/defosforilazioni o anche tagli proteolitici

- Modi cazioni redox: ossidazioni o riduzioni di residui di cisteina

Queste tipologie di regolazioni possono portare all'attivazione o alla repressione dei fattori e

quindi della trascrizione: se blocco i fattori trascrizionale la RNA polimerasi non può iniziare la

trascrizione perché l'enzima non riconosce e non lega direttamente il Tata box dei geni, ma

riconosce e lega proprio i fattori trascrizionale legati al DNA. In base all'e etto che avrebbe un

gene sull'organismo, l'attivazione disattivazione dei fattori trascrizionale e quindi del gene che

regolano può dare e etti positivi o negativi.

Quale molecola funziona da donatore di metili per la modi cazione chimica di DNA ed

istoni?

La metilazione del DNA è un meccanismo di controllo trascrizionale attraverso un intervento

diretto sul DNA. La molecola donatrice di metil per questo processo è la S-adenosil-metionina

(SAM), che permette la modi ca tramite metilazione, che silenzia i geni agendo sul carbonio

cinque delle citosina grazie alla DNAmetiltransferasi (DNMT); in questo modo la citosina metilata

limita il legame della RNA polimerasi e rende la cromatina più compatta, impedendo l'inizio della

trascrizione. Alcune molecole alimentari intervengono proprio nel ciclo di produzione di SAM

regolando anche la metilazione delle citosina e quindi la trascrizione genica.

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In che cosa consiste la «cascata» delle MAPK, e quale è il suo signi cato nel contesto

dell’attivazione dell’espressione genica?

La cascata delle MAPK è un meccanismo indiretto di controllo dell'espressione genica, regolato

da co-attivatori o co-repressori; ad esempio le proteine p300 (HAT) e CBP (proteina che lega

CREB) hanno la capacità di associarsi in un complesso, P3 100 è una istone-acetilasi e hanno la

capacità di reclutare l'RNA polimerasi sul promotore. La via delle MAPK riguarda una cascata

fosforilazioni che attivano il complesso CBP/p300, per cui esso si lega ad un sito speci co sul

DNA, consentendo la formazione del complesso di trascrizione e la lettura della sequenza genica.

Con quali modalità il cAMP citoplasmatico può intervenire nel regolare l’espressione

genica?

La via di cAMP e il fattore trascrizionale CREB. In risposta ad uno stimolo esterno, si attiva la

trasduzione del segnale con produzione di cAMP che attiva la protein-chinasi A cAMP-

dipendente. La chinasi attiva trasloca nel nucleo dove fosforila CREB, che recluta sia CBP che

una speci ca famiglia di istone acetilasi, la p300, per cui il complesso si lega ad un sito speci co

sul DNA, consentendo la formazione del complesso di trascrizione e la lettura della

sequenza genica.

Ill risultato è che il complesso CBP/p300 attivato agisce da co-attivatore di fattori trascrizionali

che modulano l’espressione genica.

Cosa si intende per «maturazione» RNA?

Alla ne del processo di trascrizione si ottiene il trascritto primario, detto anche pre-mRNA, che

può essere degradato oppure subire una serie di modi cazioni nel nucleo, in un processo de nito

maturazione dell’RNA, che prevede fasi come:

- modi cazioni alle estremità 3’ e 5’ del pre-mRNA: capping, attacco in posizione 5’ della

guanosina un residuo di 7metilguanosina mediante ponte trifosfato per stabilizzare;

poliadenilazione, aggiunta all’estremità 3’ di un polimero di circa 200 unità di adenina, per

di erenziare i diversi mRNA dei singoli tessuti.

- Splicing del pre-mRNA: consiste nell'eliminazione degli introni dal pre-mRNA (regioni non

codi canti), mediato dagli spliceosomi. Lo splicing alternativo consiste nel variare l'ordine degli

esosi uniti generando proteine diverse a partire dallo stesso gene, più o meno funzionali

(numerose varianti genetiche delle caseine). È importante che lo splicing avvenga

correttamente, perché solo un pre-mRNA modi cato correttamente sarà in grado di

raggiungere il citosol e successivamente i ribosomi per la traduzione.

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Come viene regolata la sintesi di ferritina e di transferrina?

La concentrazione intracellulare di ferro regola la traduzione degli mRNA che codi cano per il

recettore della transferrina e la ferritina, tramite IRE (regolatori dell’mRNA) e IRP (sensori del ferro

intracellulare). Le IRE sono caratterizzate da una struttura a forcina e funzionano come regolatori,

si trovano prima della regione codi cante (ferritina) o dopo la regione codi cante (transferrina); le

IRP sono invece sensori per la concentrazione intracellulare di ferro ed includono un centro Fe-S.

In condizioni di alto ferro le IRP sono in forma OLO con il centro Fe-S, mentre in condizioni di

basso ferro le IRP sono in forma APO senza Fe-S, solo in quest'ultima forma APO, le IRP possono

legarsi alle IRE, cioè quando c'è poco Ferro.

In condizioni di alto ferro le IRP sono in forma OLO, quindi non legano le IRE, che nel caso della

transferrina causano la degradazione dell'mRNA impedendo la sintesi del recettore della

transferrina; nel caso della ferritina invece promuovono l'interazione con ribosoma consentendo la

traduzione e la sintesi della ferritina.

In condizioni di basso ferro le IRP sono in forma APO, quindi legano le IRE, che nel caso della

transferrina stabilizzano l'mRNA impedendone la degradazione consentendo la sintesi del

recettore; nel caso della ferritina il legame blocca la funzione degli IRE come promotori della

traduzione, impedendo la sintesi di ferritina.

Quali composti sono in grado di regolare l'emivita dell'mRNA nel citoplasma?

La regolazione dell'emivita dell'mRNA nel citoplasma è un metodo per regolare la quantità di

mRNA maturo che viene tradotto. Generalmente può durare dai 20 minuti alle 24 ore. Ad esempio,

i microRNA sono trascritti primari immaturi non codi canti, vengono idealizzati nel nucleo e

trasportati nel citosol dove in uenzano le emivita delle mRNA, perché possono essere incorporati

nell'mRNA. Nell'mRNA possono favorire la degradazione oppure favorire la traduzione. Inoltre,

alcuni elementi, come il ferro, possono in uenzare proteine che favoriscono la traduzione o

comportano la degradazione dell’mRNA.

Riassumere i possibili punti di regolazione lungo la liera gene —> proteina

- accessibilità del DNA è il ruolo degli istoni: acetilazione/deaacetilazione da HAT/HDAC

comporta modi che nella struttura della cromatina che diventa più o meno accessibile ai fattori

di trascrizione. Ruolo delle sirtuine nella deacetilazione. Intervento diretto sul DNA mediante

metilazione (metile donato da S-adenil-metionina SAM) sul carbonio 5 delle citosine, rendendo

la cromatina più compatta, impedendo l'inizio della trascrizione.

- Presenza o assenza di fattori della trascrizione, proteine che possono potenziare o rallentare la

trascrizione di speci ci geni. Per avviare la trascrizione i fattori trascrizionale devono

riconoscere e legare il TATA box (zona del promotore di un gene), successivamente a questo

legame la RNA polimerasi si associa agli altri fattori trascrizionale in modo da ottenere un

complesso di trascrizione per avviare la sintesi dell’mRNA.

- i ligandi allosterici, comprese molecole alimentari, possono legarsi a fattori trascrizionali e

modulare l’espressione genica, rappresentando un punto importante di regolazione lungo la

liera gene-proteina

- Modi cazioni covalenti e redox

- Meccanismi indiretti; co-attivatori trascrizionali, il complesso p300/CBP: può essere attivato

dalla via della cascata chinasica MAPK o per la via del cAMP citosolico - CREB; in entrambi i

casi il risultato è che il complesso CBP/p300 attivato