DAL DNA ALLE PROTEINE la trascrizione genica. Tratti della sequenza di DNA vengono trascritti in RNA.

DAL DNA ALLE PROTEINEla trascrizione genica

Tratti della sequenza di DNA

vengono trascritti in RNA

Ogni gene può essere trascritto e tradotto con diversi gradi di efficienza

Cosa è necessario per la trascrizione?

• DNA stampo

• RNA polimerasi

• Ribonucleosidi Trifosfati: ATP, GTP,

CTP, UTP

• I più comuni RNA: rRNA, mRNA e

tRNA

• Regolata da segnali di inizio e termine

• Complementarietà delle basi azotate dei

nucleotidi

Modello a “chela di granchio” dell’RNA polimerasi

Viene copiata in RNA una sola elica di DNA : elica di senso o filamento stampo

• RNA complementare allo stampo è uguale al

filamento codificante (al posto di T c’è U)

• L’RNA pol batterica: 4 subunità a

cui si associano:

• fattore :per riconoscere l’inizio

• fattore ρ che riconosce i segnali di

terminazione

• Promotori sequenza all’inizio del gene

• La subunità associata a RNA pol riconosce il

promotore, stabilisce la direzione della trascrizione

• RNA pol trascrive la catena di senso

L’ORIENTAMENTO del promotore determina quali tratti di DNA devono essere trascritti

La doppia elica si apre e inizia la sintesi di RNA dal nucleotide +1 rispetto al promotore

Ribonucleoside-PPP + RNAn= PP + RNAn+1

LEGAME FOSFODIESTRICO

• RNA cresce in direzione 5’-3’

• La trascrizione termina in sequenze

del DNA ricche di CG

• Può intervenire il fattore ρ: si lega

alla RNA pol e permette il suo distacco

dal DNA

TERMINATORE RHO INDIPENDENTE

TERMINATORE ρ DIPENDENTE

Attività ATPasica

mRNA batterici

• Pochi eventi di maturazione

• Appena trascritti vengono tradotti

• Alcune basi vengono metilate,

piccola coda di rnt A

Procarioti: controllo espressione genica

Batteri: regolazione della trascrizione nella fase inizialePiù geni sotto controllo di un solo promotoreOperone: tratto di DNA che contiene promotore, operatore e geni strutturali

Operone lattosio

• Il lattosio viene scisso in galattosio e

glucosio da 3 enzimi

• Gli enzimi vengono indotti solo in presenza

di lattosio!!

•La cellula usa preferibilmente glucosio: lac spento

•Quando non c’è glucosio si lega CAP

• Quando non c’è lattosio si lega il repressore

• Il lattosio agisce sul repressore e lo stacca

OPERONE DEL TRIPTOFANO (TRP)La presenza di Trp fa legare il repressore e la trascrizione si

blocca; viene prodotto Trp solo in caso di necessità

EucariotiRNA pol I

RNA pol II

RNA pol III

mRNA, piccoli RNA nucleari, microRNA

rRNA

tRNA, piccoli RNA citoplasmatici

NUMEROSE PROTEINE PARTECIPANO ALLO STADIOINIZIALE DELLA TRASCRIZIONE

Queste RNA pol riconoscono promotori diversi

Promotori eucariotici più complessi di quelli procariotici

Eucarioti

• RNA pol hanno bisogno di FATTORI

GENERALI DI TRASCRIZIONE: legame al

promotore

• TFIIA-B-D-E-F-H-J (per RNApol II)

Promotori eucariotici

• Es. RNA pol II: TATA box al -30/-25 e

CAAT box al -80

• TATA è riconosciuta da TBP, una proteina

componente di TFIID

TBP riconosce TATA

TBP+TAF= TFDII

• Sequenze di DNA (-200) legano attivatori (recruitment) della RNA pol II

Gli attivatori legano il DNA e il complesso mediatore o direttamente il complesso di trascrizione

Maturazione dell’mRNA eucariotico

• Procarioti: mRNA poligenico: presenza di più geni in una

stessa unità trascrizionale

• Eucarioti: mRNA monogenico, cioè prodotto di

trascrizione di un singolo gene

• Maturazione mRNA eucariotico è

complessa

• 1- aggiunta del CAP al 5’: GMP con

gruppo metilico

• 2- taglio e coda di poli A (nucleotidi con

adenina) al 3’

• 3- splicing

• 4- editing

CAP: protegge 5’ e favorisce l’inizio della

traduzione

Taglio e poli A: regolazione traduzione e

stabilità di mRNA

Il pre-mRNA è più lungo di mRNA maturoLo SPLICING (taglia e cuci) permette di rimuovere gli introni

Riconoscimento preciso dei punti di taglio introne-esone e di giunzione esone-esone

Spliceosoma: snRNP, formate da piccoli RNA e

proteine

SnRNP U: U perché l’RNA è ricco di uridina

Stesso trascritto primario, prodotti proteici diversi

Combinazioni differenti di esoni

Circa il 50% dei geni umani subisce splicing

alternativo

SPLICING ALTERNATIVO

Splicing alternativo della tropomiosina nel muscolo striato e

liscio

Editing dell’RNA

• Cambiamento dopo la trascrizione dell’mRNA

• Addizione e/o delezione di residui di U in diversi siti della molecola, o cambiamento di molte U in C

• Modificazione di C e A

Gli mRNA vengono esportati nel citoplasma attraverso

il complesso del poro nucleare

Intervengono proteine per questo processo

Regolazione della trascrizione negli

eucarioti

L’espressione dei geni eucariotici è controllata

essenzialmente all’inizio della trascrizione, anche se

può essere regolata in altri momenti

Rapporto tra struttura della cromatina e trascrizione

• DNA + ISTONI= nucleosomi

• compattamento e de-compattamento della

cromatina

• I geni trascritti si trovano in zone di

cromatina decondensata

Modificazioni più comuni

•Acetilazione istoni

•Complessi rimodellatori della cromatina

FOSFORILAZIONEMETILAZIONEACETILAZIONE

CODICE ISTONICO

Metilazione DNA

• La metilazione: C del 2-7% delle coppie

CG

• Favorisce lo stato eterocromatico

• Metilazione e imprinting genomico:

l’espressione di alcuni geni è determinata

dall’origine parentale

Regolazione a livello post trascrizionale: i micro-RNA

• Molecole di RNA piccolissime: 18-25

nucleotidi

• miRNA: presenti in tutti gli eucarioti,

trascritti da RNApol II

microRNA inibiscono traduzione mRNA

Meccanismo d’azione miRNA

• Complementarietà imperfetta: blocco

traduzione mRNA

• Complementarietà perfetta: degradazione

mRNA

•Pri-miRNA è convertito in pre-miRNA da Drosha

(RNAasi)

•Pre-miRNA è esportato nel citoplasma

•DICER (endonucleasi) converte Pre-miRNA in RNA a doppio filamento•Uno dei 2 filamenti è il mi-RNA e viene incorporato nel complesso RISC•Il mi-RNA riconosce un mRNA bersaglio e blocca la traduzione

• Il meccanismo dei miRNA è alla base dell’

interferenza da RNA indotta dai siRNA

(Small interfering RNA)

• I siRNA hanno un ruolo importante in alcuni

meccanismi antivirali o di modellamento

della cromatina

• siRNA sintetici potrebbero avere applicazioni

in ricerca e clinica

RNA INDUCED SILENCING COMPLEX: RISC

• Molecole di siRNA derivano da lunghe

molecole di RNA bicatenario prodotte da

elementi genetici normalmente silenti o

estranei alla cellula (virus)

• RNAi perciò rappresenta un sistema di difesa

contro l’invasione di elementi genetici estranei

e di conservazione della stabilità del genoma

Degradazione RNA

• Gli introni sono degradati nel nucleo

• Controllo qualità: eliminazione di molecole

difettose di RNA

• miRNA e siRNA

• mRNA eucarioti sono degradati a velocità

diverse, ulteriore meccanismo di controllo

dell’espressione genica

• I fattori generici di trascrizione sono uguali per ogni polimerasi (es RNA pol II); le proteine che regolano i geni sono diverse per ciascun gene

• L’interazione tra molte proteine modula la trascrizione di ogni singolo gene