Transcript DAL DNA ALLE PROTEINE la trascrizione genica

DAL DNA ALLE PROTEINE
la 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
iniziale
Più geni sotto controllo di un solo promotore
Operone: 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
Eucarioti
RNA pol I
rRNA
RNA pol II
mRNA, piccoli RNA nucleari, microRNA
RNA pol III
tRNA, piccoli RNA citoplasmatici
Queste RNA pol riconoscono promotori diversi
Promotori eucariotici più complessi di quelli procariotici
NUMEROSE PROTEINE PARTECIPANO ALLO STADIO
INIZIALE DELLA TRASCRIZIONE
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 maturo
Lo 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
SPLICING ALTERNATIVO
Stesso trascritto primario, prodotti proteici diversi
Combinazioni differenti di esoni
Circa il 50% dei geni umani subisce 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
FOSFORILAZIONE
METILAZIONE
ACETILAZIONE
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
microRNA inibiscono traduzione mRNA
• Molecole di RNA piccolissime: 18-25
nucleotidi
• miRNA: presenti in tutti gli eucarioti,
trascritti da RNApol II
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