TRASCRIZIONE DEL DNA. Formazione mrna

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1 TRASCRIZIONE DEL DNA Formazione mrna

2 Trascrizione Processo mediante il quale l informazione contenuta in una sequenza di DNA (gene) viene copiata in una sequenza complementare di RNA dall enzima RNA polimerasi 2

3 Trascrizione Solo una piccola frazione del genoma viene trascritta, quella CODIFICANTE Questa frazione è organizzata in unità funzionanti dette GENI. Il genoma umano contiene circa geni

4 Nei procarioti i singoli geni sono separati da brevi sequenze non codificanti Gene 1 Gene 2 Gene 3 Negli eucarioti i singoli geni sono separati da lunghissime sequenze non codificanti Gene 1 Gene 2 Gene 3 4

5 RNA polimerasi Sintetizza filamento di RNA a partire da uno stampo di DNA Sintetizza in direzione 5 3 Eucarioti 3 RNA pol: RNA pol I rrna RNA pol II RNA pol III mrna trna e 5rRNA Procarioti 1 RNA pol 5 subunità

6 Trascrizione

7 Geni posti sullo stesso cromosoma possono avere come coding strand filamenti diversi del DNA + - 7

8 Il DNA deve contenere, oltre all informazione genetica per una data proteina, anche dei segnali che indichino dove questa informazione inizia e finisce, cioè dove inizia e finisce anche la trascrizione. Informazione proteina Segnale di inizio Segnale di fine Gene

9 PROMOTORE Sequenza situata immediatamente a monte del sito di inizio della trascrizione. Consente l attacco dell RNA polimerasi e di altri fattori che facilitano l inizio della trascrizione (enhancer e proteine d inizio negli eucarioti). Il sito di attacco dell RNA polimerasi è sull elica stampo

10 PROMOTORE E una sequenza specifica del DNA che viene riconosciuta dalla RNA polimerasi e determina dove la sintesi del mrna inizia e quale filamento del DNA debba essere utilizzato come stampo. Promotore procariotico Sito di inizio della denaturazione 10

11 Visione d insieme della trascrizione Fattore d inizio trascrizione 11

12 Inizio della trascrizione La RNA polimerasi si lega al DNA in corrispondenza del promotore e copia il filamento di DNA stampo a partire dal sito di inizio della trascrizione 12

13 Allungamento della catena dell RNA G C C C G U G A C C TC I due filamenti di DNA si svolgono e il DNA può essere copiato. La RNA polimerasi, a differenza della DNA polimerasi, non ha bisogno di un innesco Procarioti: RNA polimerasi si lega direttamente al promotore Eucarioti: fattori di trascrizione proteici legano il promotore prima dell RNA polimerasi 13

14 Allungamento della catena dell RNA A differenza delle DNA polimerasi, le RNA polimerasi non hanno attività proof reading 14

15 DNA mutato Tutte le molecole di RNA portano la mutazione trascrizione DNA wt Errore della RNA polimerasi Una sola molecole di RNA porta la mutazione

16 Allungamento della catena dell RNA 3 La RNA polimerasi ha attività elicasica 16

17 Terminazione Sequenze specifiche sul DNA (terminator) determinano l arresto della trascrizione in corrispondenza di un determinato nucleotide (STOP site) 17

18 Alfa amanitina inibisce le RNA pol eucariotiche Polipeptide biciclico L'avvelenamento con le amanitine è caratterizzato da un lungo periodo di latenza (dalle 6 alle 48 ore, in media 6-15 ore) durante il quale il paziente non accusa alcun sintomo. 18

19 Nei procarioti il trascritto viene subito tradotto in proteina 19

20 nel nucleo delle cellule eucariotiche invece avviene un complicato processo di MATURAZIONE prima che il trascritto venga esportato nel citoplasma e tradotto. 20

21 Dal nucleo al citoplasma pori nucleari linfocita visto al M.E. dopo criofrattura Dal nucleo dove avviene la trascrizione, gli RNA messaggeri maturi passano attraverso i pori nucleari nel citoplasma, dove vengono tradotti 21

22 MATURAZIONE RNA Serve a produrre, nelle cellule eucariotiche, un mrna pronto ad essere tradotto Processi che aumentano la stabilità dell mrna Cap al 5 (Metil Guanosina) Coda di polia al 3 ( nucleotidi) Processi di rimozione di sequenze non codificanti (introni, non portano informazione per la sequenza proteina) Splicing Splicing alternativo

23 Cap (cappuccio) al 5 E l aggiunta all estremità 5 dell mrna che viene trascritto, di una guanosina metilata. Serve a rendere l mrna più resistente all attacco delle nucleasi e a farlo riconoscere come un mrna da tradurre.

24 Coda di PoliA Consiste nell aggiunta all estremità 3 di una coda di A di lunghezza variabile ( nucleotidi) La coda viene aggiunta dalla poli(a) polimerasi che riconosce uno specifico segnale sull mrna, taglia l mrna a valle di tale segnale e attacca la coda di polia La coda protegge l mrna dall attacco delle nucleasi

25 mrna eucariotico trascrizione + splicing traduzione UnTranslated Region 25

26 Nei geni degli eucarioti le sequenze codificanti per proteine (esoni) sono interrotte da sequenze non codificanti (introni). Il trascritto primario, prima di abbandonare il nucleo, viene sottoposto ad un processo di taglio e ricucitura (splicing): gli introni vengono eliminati e gli esoni riuniti uno all altro. La molecola di mrna maturo che esce dal nucleo sarà costituita da una sequenza codificante continua. 26

27 SPLICING L RNA appena trascritto contiene gli introni, cioè sequenze che non portano l informazione per una proteina e che non sono presenti nell RNA maturo. Queste sequenze vengono rimosse prima che l RNA passi nel citoplasma (splicing). Lo splicing avviene mediante l utilizzo di particolari proteine ed snrna (spliceosoma) che riconoscono i siti di taglio sugli introni. Gli snrna fungono anche da catalizzatori.

28 SPLICING

29 Splicing alternativo 29

30 Lo splicing è tessuto specifico Muscolo cardiaco Muscolo uterino

31 Splicing alternativo Il fenomeno dello SPLICING alternativo negli eucarioti aumenta il potenziale espressivo del genoma. E la regola, non l eccezione. Mediante forme di splicing alternativo da uno stesso gene possono derivare trascritti diversi che, una volta tradotti, danno luogo a proteine simili ma diverse 31

32 Potenziale espressivo in H. sapiens In H. sapiens si stima che la percentuale di geni che subiscono splicing alternativo sia >90% (Hallegger M et al., 2010) N geni H. sapiens : geni subiscono AS Il numero medio di varianti di splicing prodotto da ciascuno di questi geni è 4 (Kim H et al., 2004) La stima del numero di proteine prodotte da geni è di

33 Splicing alternativo dell mrna per la tropomiosina (5 isoforme) Tropomiosina: proteina che lega l actina (coinvolta nella contrazione muscolare) e fa parte delle proteine del citoscheletro nelle cellule non muscolari 33

34 Differenze fra procarioti ed eucarioti.. Nei procarioti più geni possono essere trascritti in un unico mrna mrna policistronico permeasi enzimi che digeriscono il lattosio Regolazione coordinata dell espressione genica: geni che codificano per proteine coinvolte nella stessa via metabolica (es metabolismo del lattosio) vengono trascritti contemporaneamente poiché sono sulla stessa molecola di mrna 34

35 Altre differenze fra procarioti ed eucarioti.. Negli eucarioti sempre 1 mrna = 1 gene Stabilizzazione mrna Legame al ribosoma Stabilizzazione mrna Esportazione mrna dal 35 nucleo Modificazioni post-trascrizionali del messaggero

36 TRASCRIZIONE DNA

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