Dal Genotipo al Fenotipo
Dal Fenotipo normale al Fenotipo patologico
Regolazione dell’espressione genica
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)
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
•Emoglobina
•Insulina
Figure 7-2c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Geni regolati
Determinazione
dell’espressione di
1800 geni differenti
in vari tipi di cancro
(RNA-tecnica microarray)
Figure 7-3 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
Figure 7-4 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Regolazione dell’espressione genica
Organizzazione della cromatina
Punto 1
Inizio della trascrizione
L’ inizio della trascrizione è controllato mediante:
• Sequenze di DNA
regolazione) (cis – acting)
(promotori
–
sequenze
di
• 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”
Regolazione nei procarioti
Il gene dei procarioti è policistronico
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
Operone Lattosio
Jacob 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
1. Beta-galattosidasi
2. Permeasi
3. Transacetilasi
Il controllo negativo dell’operone lac
In assenza di lattosio
non è necessaria la
trascrizione
dell’operone.
Un repressore si lega
al promotore ed
inibisce il legame
DNA-RNA pol.
In presenza di lattosio
il disaccaride si lega al
repressore
inattivandolo e la
trascrizione può partire.
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
Dal Volume: La Cellula, un approccio molecolare
Eucarioti
• Presenza di cromatina
• Fattori Generali di Trascrizione
• Differente organizzazione genica
• Differenziamento cellulare
Eucarioti
Figure 7-44 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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)
Regolazione dell’espressione genica
Organizzazione della cromatina
Punto 1
Inizio della trascrizione
Alternate splicing of mRNA
cell 2
cell 1
(four exons)
tissue specific
CONTROLLO DELLA TRADUZIONE
Meccanismi che controllano globalmente
l’inizio della traduzione: fosforilazione di eIF2
eIF2 defosforilato durante l’attivazione della proliferazione,
MicroRNAs (miRNAs) are a family of 21–25-nucleotide
small RNAs that, negatively regulate gene expression at
the post-transcriptional level
miRNAs FEATURES
• 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
miRNA GENOMICS: INTERGENIC; INTRONIC; EXONIC AND…
Zhao Y and Srivastava D, 2007
miRNAs FEATURES
• Effettuano un meccanismo di “hetero-silencing
degradando 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.
microRNAs AND CANCER