Regolazione dell’espressione genica

Dal Genotipo al Fenotipo

Dal Fenotipo normale al Fenotipo patologico

Figure 7-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Una cellula differenziata contiene

tutte le informazioni genetiche

necessarie a dirigere la formazione

di un organismo completo

Figure 7-2a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Figure 7-2c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Tipi cellulari diversi sintetizzano

serie diverse di proteine

Proteine costitutive Geni housekeeping

•Proteine strutturali dei cromosomi•RNA polimerasi•Proteine ribosomali•Enzimi della glicolisi•Proteine del citoscheletro

Proteine del differenziamento Geni regolati

•Emoglobina•Insulina

Figure 7-3 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Determinazione

dell’espressione di

1800 geni differenti

in vari tipi di cancro (RNA-tecnica microarray)

Figure 7-4 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Proteine presenti in due differenti umani (elettroforesi bidimensionale di proteine)

In rosso sono colorate le proteine comuni in blu quelle specifiche

Punto 1

Organizzazione della cromatina

Inizio della trascrizione

Regolazione dell’espressione genica

L’ inizio della trascrizione è controllato mediante:

• Sequenze di DNA (promotori – sequenze di regolazione) (cis – acting )

• Alle quali si legano delle proteine chiamate Fattori di Trascrizione (generali o specifici) (trans – acting )

transcription factors

PROMOTER

Proteine che legano il DNA

I Fattori di Trascrizione sono generalmente proteine bi-modulari caratterizzate:

1. da specifici domini che hanno la capacità di legare il DNA

2. da domini in grado di interagire con specifici ligandi che possono attivare o reprimere la trascrizione

Proteina a “dito di zinco”

Il gene dei procarioti è policistronico

Regolazione nei procarioti

Gruppi di geni che codificano per enzimi coinvolti in una stessa via metabolica vengono trascritti

contemporaneamente.

Questo meccanismo permette di controllare l’espressione genica in modo coordinato

questi gruppi di geni vengono chiamati operoni

1. Beta-galattosidasi

2. Permeasi

3. Transacetilasi

Operone LattosioJacob e Monod (1961)

L’operone Lac codifica per le proteine necessarie per il trasporto del lattosio all’interno della cellula e per la sua demolizione

Dal Volume: La Cellula, un approccio molecolare

In assenza di lattosionon è necessaria la trascrizione dell’operone.Un repressore si lega al promotore ed inibisce il legame DNA-RNA pol.

In presenza di lattosioil disaccaride si lega al repressore inattivandolo e la trascrizione può partire.

Il controllo negativo dell’operone lac

Dal Volume: La Cellula, un approccio molecolare

Il controllo positivo dell’operone lac

Quando i livelli di glucosio si abbassano è necessaria la degradazione del lattosio.

Bassi livelli di glucosio attivano l’adenilato ciclasi che converte ATP in cAMP.Il cAMP si lega ad una proteina CAP (proteina attivatrice dei cataboliti) che attiva la trascrizione

Eucarioti

• Presenza di cromatina

• Fattori Generali di Trascrizione

• Differente organizzazione genica

• Differenziamento cellulare

Figure 7-44 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Eucarioti

Differenti Fattori di Trascrizioni Specifici (STF) sono

presenti in differenti tipi cellulari.

Questi permettono specifici patterns di espressione

genica che conferiscono la specificità cellulare.

Dei 22.000 geni umani dal 5% al 10% codifica per STF

La trascrizione di singoli geni è accesa o spenta nelle cellule da proteine regolatrici.

Gli attivatori e i repressori agiscono con una varietà di meccanismi

causando generalmente:

• La modificazione locale della struttura della cromatina

• L’assemblaggio dei fattori generali di trascrizione al promotore

• Il reclutamento della RNA polimerasi

DNA PACKAGING

Chromatin structure is hyerarchic

NUCLEOSOME

Heterochromatin (more compact organization)

Euchromatin (less compact organization)

Punto 1

Organizzazione della cromatina

Inizio della trascrizione

Regolazione dell’espressione genica

Alternate splicing of mRNA

cell 1

cell 2

(four exons)

tissue specific

CONTROLLO DELLA TRADUZIONE

Meccanismi che controllano globalmentel’inizio della traduzione: fosforilazione di eIF2

eIF2 defosforilato durante l’attivazione della proliferazione,

MicroRNAsMicroRNAs ((miRNAsmiRNAs) are a family ) are a family ofof 2121––2525--nucleotide nucleotide

smallsmall RNAsRNAs thatthat, , negativelynegatively regulateregulate gene gene expressionexpressionat at

the the postpost--transcriptionaltranscriptional levellevel

• Le sequenze nucleotidiche dei miRNA si sono conservate nel corso dell’evoluzione

• I loro geni possono essere localizzati sia in regioni intergeniche che all’interno di geni di seconda classe (di

solito in introni o in esoni non tradotti;

• Vengono trascritti (RNA pol II) quindi in modo indipendente o contemporaneamente al gene che li ospita

• Molte volte troviamo cluster di geni

miRNAs FEATURES

miRNA GENOMICS: INTERGENIC; INTRONIC; EXONIC AND…

Zhao Y and Srivastava D, 2007

• Effettuano un meccanismo di “hetero-silencingdegradando il messagero target o bloccando la traduzione;

• Lo stesso miRNA può avere come bersaglio differenti mRNAS;

• Differenti miRNAs possono avere come bersaglio lo stesso mRNA.

miRNAs FEATURES

microRNAs AND CANCER