Genetica La trascrizione e i tipi di molecole di RNA 8... · Pierce, GENETICA, Zanichelli editore...

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Genetica

Prima edizione Capitolo 13: La trascrizione

Benjamin A. PIERCE

La trascrizione e i tipi di molecole di RNA

•  A gene is not directly translated into protein

•  It is first expressed into mRNA

•  Then translated into protein from the RNA intermediate –  Transcription into mRNA –  Translation of mRNA into protein

Upstream Regions

Proximal Promoter element

TATA box

Enhancer or UAS

Intron

a) Mammalian gene

b) S. cerevisiae gene

-200 -30 -10 to –50 kb

+10 to +50 kb

Initiation of Transcription

TATA GENE

1. Inactive

RNA pol

3. Recruitment Phase B

TF11D B

E H RNA pol

2. Recruitment Phase A

TF11D B

B TF11D

TF11D = (TAFs + TBP)

4. Transcription Starts!!!

TF11D RNA pol

Transcription Factors, TF •  Required but not a part of RNA pol complex •  Role in Gene Regulation

–  Binding –  Interaction –  Initiation –  Enhancing –  Silencing

•  Several different structural classes •  DNA-binding domain + Interactive domain •  Position and Combination – Important!

TF11D B

E H RNA pol

? ? ? GENE

mRNA – Synthesized by a DNA template by the

same concept of complementarity – Single stranded nucleic acid –  Identical to DNA apart the replacement

of T with U –  Includes additional sequences on either

end: •  5’ nontranslated region the leader •  3’ nontranslationl region the trailer

RNA polimerasi batterica

RNA polimerasi eucariotiche - RNApol II pre-mRNA, snoRNA, alcuni snRNA - RNApol I rRNA - RNApolIII tRNA, rRNA piccoli, alcuni rsnNA

1. INIZIO della TRASCRIZIONE 1.  Riconoscimento del promotore PROMOTORE BATTERICO

1.  Riconoscimento del promotore Seq.-35 e –10 (seq. AT –40/-60 con cui

sub.alpha prende contatto) 2. Formazione della bolla di trascrizione 3. Creazione dei primi legami tra rNTP 4. Avanzamento della RNAPol a partire dal

promotore

1. INIZIO della TRASCRIZIONE

2. ALLUNGAMENTO

Terminatore Rho-dipendente - seq.DNA che producono una pausa nella trascrizione

- Seq.DNA che codifica per RNA a monte del terminatore privo di struttura secondaria.

L’ RNA Polimerasi II •  Catalizza la trascrizione di tutti i geni codificanti

proteine (mRNAs), piu’ 4 snRNAs che partecipano allo splicing

•  E’ formata da 2 subunita’ grandi (Large) L (128-150 kDa) e L’ (160-220 kDa), e da 12-15 subunita’ piu’ piccole, alcune specifiche ed altre in comune con l’ RNA Pol I e/o III

•  L’estremita’ carbossi-terminale della subunita’ piu’ grande, L’, contiene una sequenza di 7 aa (il dominio carbossi-terminale o CTD) che e’ ripetuto molte volte (26x in lievito, 52x in mammiferi)

•  Il CTD (Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser) e’ essenziale per la vitalita’ di un’organismo, e viene fosforilato durante la trascrizione

L’inizio della trascrizione da parte dell’RNA Pol II richiede multipli fattori

•  Fattori di trascrizione generali (GTF) insieme con l’RNA Pol II formano l’apparato trascrizionale basale, sufficiente alla trascrizione in vitro –  TBP (che con i fattori associati a TBP (TAF) forma -> TFIID) –  TFIIA, TFIIB, TFIIF, TFIIE, TFIIH

•  Co-attivatori, che sono richiesti per la trascrizione in presenza di

cromatina (trascrizione attivata) –  TAFs –  Acetilasi di istoni (HATs) –  Proteine che rimodellano la cromatina (SWI/SNF)

•  Fattori associati all’RNA polimerasi (il Mediatore)

•  Fattori di trascrizione specifici, richiesti per la trascrizione attivata: servono per reclutare e assemblare l’apparato trascrizionale –  Si legano a elementi di riconoscimento sul promotore e

sull’enhancer –  Multipli fattori di trascrizione sono normalmente coinvolti

nell’attivazione di un gene

Diversamente dai procarioti, la trascrizione dei geni eucarioti e’

controllata da numerosi elementi

TATA Basal tr. machinery

TBP TFIIs Pol.II

PROMOTORE

PROSSIMALE CORE ~ -200 ~ -50

ENHANCER (~ 100 bp)

LA CROMATINA

LA TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI - Rimodellamento cromatina - Inizio della trascrizione (promotori ed enhancer) - Reclutamento TF e/o attivatori trascrizionali e in seguito RNA Pol

TFIID •  TFIID e’ il GTF piu’grande, con una massa di circa 750 kDa

•  Include una singola proteina di 38 kDa che lega la TATA box (TBP) e 11 fattori associati a TBP (TAFs)

•  I TAF sono considerati co-attivatori (cioe’ non sono necessari per la trascrizione basale in vitro)

•  TBP e’ la prima proteina che contatta il core promoter

•  La regione C-terminale e’ altamente conservata (80% di identita’ tra lievito e uomo)

•  TBP e’ un monomero che si ripiega a “sella di cavallo”, le cui 2 meta’ contattano il DNA lungo il solco minore causando una considerevole distorsione (bending)

The conserved C-terminal domain of TBP binds to TATA-box DNA

Lodish Figure 10-51

TBP is a subunit of TFIID

TERMINAZIONE 1. RNA Pol I: fattore di terminazione si lega a DNA posta a valle del sito di terminazione 2. RNA Pol III: sequenza di terminazione poli-U in RNA 3. RNA Pol II: terminazione in corrispondenza di siti localizzati in regione molto estesa o terminazione oltre regione che codifica mRNA

CPSF= fattore per la specificità del taglio e della poliadenilazione CstF= fattore di stimolazione del taglio PAP= poli-A-polimerasi

18-38nt

NUCLEO controllo trascrizionale: legame di fattori trascrizionali tessuto specifici, legame diretto di ormoni, fattori di crescita o elementi intermedi a elementi responsivi di geni inducibili

controllo post-trascrizionale: splicing alternativo, polyA alternativo, RNA editing tessuto-specifico

controllo del trasporto

mRNA controllo della stabilità

degradazione traduzione

PROTEINA controllo post-traduzionale

PROTEINA attiva o inattiva

Genoma Meccanismi epigenetici: controllo a lungo e corto raggio mediante rimodellamento della struttura della cromatina

Trascritto primario (precursore)

controllo traduzionale

CITOPLASMA

Esistono molteplici livelli di regolazione dell’espressione genica negli eucarioti

Nei mammiferi Unico gene per rRNA 28S, 18S e 5,8S + gene per 5S Nei batteri Unico gene per rRNA 23S, 16S, 5S

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