Controllo post-trascrizionale
dell’espressione genica
Livelli di controllo dell’espressione genica
Regioni di controllo (enhancers, silencers)
Esoni
Introni
Promotore
DNA intergenico
ATG = codone di inizio
Segnale di Poly-A
* = codone di stop
A
B
D
C
ATG
*
A BCD E
mRNA
F
AAAAAAA
*
ATG
5’UTR
E
CDS
3’ UTR
F
Inizio alternativo della trascrizione
A
C
D
A BCD E
F
B
mRNA 1
AAAAAAA
CD E
mRNA 2
E
F
AAAAAAA
F
Uso di segnali di poliadenilazione alternativi
A
B
C
D
E
b
a
A BCD E
mRNA 1
F
b
A BCD
mRNA 2
a
AAAAAAA
F
AAAAAAA
Splicing alternativo
A
C
D
A BCD E
F
B
mRNA 1
E
AAAAAAA
A BC E
mRNA 2
F
AAAAAAA
A BCD F
AAAAAAA
mRNA 3
mRNA 4
A BC
F
AAAAAAA
F
Rivisitazione del concetto di gene
Per gli organismi eucariotici più evoluti il ‘dogma’ un
gene = una proteina non vale per la maggior parte dei
geni. Infatti esistono diverse possibilità di produrre
mRNA alternativi a partire dallo stesso gene. In
particolare possono essere regolati in maniera alternativa
l’inizio della trascrizione, la fine della trascrizione e lo
splicing. Questi meccanismi sono spesso regolati in
maniera molto fine durante lo sviluppo e il
differenziamento dei diversi tessuti. Per questo motivo,
più che di geni, è corretto parlare di unità trascrizionali.
Per molte unità trascrizionali si assiste ad una
combinazione di questi meccanismi, con il risultato di
una regolazione estremamente complessa.
Esempio di poliadenilazione alternativa
Anticorpi secreti
Anticorpi di membrana
Esempio di poliadenilazione alternativa
Esempio estremo di splicing alternativo
Gene DSCAM di Drosophila
Come lo splicing può essere controllato?
RNA editing nei mitocondri dei tripanosomi
RNA editing nei mammiferi: deaminazione adenina
ADAR
Adenina
Inosina
• Editing mRNA canale del calcio da parte di
enzima ADAR2 cambia il significato del
messaggio da Gln ad Arg
• Alterazione permeabilità al calcio
• La delezione del gene ADAR2 in topi dà
origine ad una forma grave di epilessia
• Altra ADAR necessaria pe lo sviluppo del
fegato
Controllo del trasporto dell’RNA
Controllo della localizzazione dell’RNA
Controllo della
localizzazione dell’RNA e
sintesi locale delle proteine
Controllo dell’inizio della traduzione
Meccanismi che controllano globalmente
l’inizio della traduzione: fosforilazione di eIF2
eIF2 defosforilato durante l’attivazione della proliferazione,
fosforilato durante la risposta interferon.
Meccanismi che controllano globalmente
l’inizio della traduzione: fosforilazione di eIF4E ed S6
Meccanismi che controllano la traduzione di specifici
messaggeri: poliadenilazione citoplasmatica
AA
AA
AA
AA
Ovociti: accumulo nel citoplasma
di mRNA inattivi con corte code
di poli-A
poli-A polimerasi
AAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAA
Embrioni: poliadenilazione e traduzione dei messaggeri accumulati
Meccanismi che controllano la traduzione di specifici
messaggeri: azione di proteine su regioni 5’ e 3’ UTR
dotate di strutture secondarie caratteristiche
Meccanismi che controllano la traduzione di specifici
messaggeri: azione di micro-RNA (miRNA)
Precursore trascritto da
RNA polimerasi-II
Dicer
AAAAAAAA
mRNA bersaglio
Meccanismi che controllano la traduzione di specifici
messaggeri: azione di micro-RNA (miRNA)
• Identificati più di 150 precursori nei mammiferi
• Regolazione temporale dello sviluppo
• Regolazione ematopoiesi
• Regolazione apoptosi
• Regolazione sintesi proteica locale nei neuroni
Controllo della stabilità del messaggero
Dacadimento mediato da non-senso
RNA-interferenza
Modificazioni post-traduzionali dell proteine
• Fosforilazione
• Glicosilazione
• Aggiunta di lipidi
• Acetilazione
• Ubiquitinazione (regolazione della stabilità
e della funzione)
• Sumoilazione
Regolazione della stabilità delle proteine
Regolazione della stabilità delle proteine