REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI

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1 LEZIONE XI REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI Dott. Paolo Cascio

2 IL PROMOTORE DEL VIRUS SV 40 PRESENTA 1 SEQUENZA TATA E 3 CG BOX. PIU LONTANO, PERO, SONO SITUATE ALTRE 2 REGIONI PIUTTOSTO GROSSE CHE CONTROLLANO ANCH ESSE L ESPRESSIONE DEI GENI DEL VIRUS. QUESTE SEQUENZE VENGONO CHIAMATE ENHANCERS (AMPLIFICATORI) E HANNO ALCUNE PROPRIETA MOLTO PARTICOLARI. BENCHE IL PRIMO ENHANCER SIA STATO SCOPERTO NEL GENOMA DI UN VIRUS, QUESTI ELEMENTI DI REGOLAZIONE SONO MOLTO COMUNI IN TUTTI GLI EUCARIOTI. CARATTERISTICHE DEGLI ENHANCERS: 1) PIUTTOSTO LUNGHI (DA 50 A 150 PAIA DI BASI, PB). 2) SE TOLTI DA UN PROMOTORE E POSTI NELLE VICINANZE DEL PROMOTORE DI UN GENE COMPLETAMENTE DIFFERENTE AGISCONO ANCORA. 3) AGISCONO ANCHE SE POSTI ALL INTERNO DI UN GENE (IN UN INTRONE) O ALL ESTREMITA 3 DEL GENE. 4) AGISCONO ANCHE SU GENI DISTANTI MIGLIAIA DI PB. 5) AGISCONO IN ENTRAMBE LE DIREZIONI (CIOE SU GENI POSTI SU ENTRAMBI I FILAMENTI DI DNA).

3 L ENHANCER DEL VIRUS SV40 AGISCE SULLA TRASCRIZIONE DEI GENI DELLE PROTEINE PRECOCI (GENI POSTI SU UNO DEI DUE FILAMENTI DI DNA) E SUI GENI PER LE PROTEINE TARDIVE (POSTE SULL ALTRO FILAMENTO DI DNA). AGISCE, CIOE, IN ENTRAMBE LE DIREZIONI. GLI ENHANCERS POSSONO AGIRE VICINO AL PROMOTORE (2), A MIGLIAIA DI BASI DI DISTANZA A MONTE (1) O A VALLE (4) DEL GENE O ADDIRITTURA ALL INTERNO DI UN INTRONE (3). ESONI DI UN GENE GLI ENHANCERS SONO COSTITUITI DA TANTI SOTTOELEMENTI (SEQUENZE CONSENSO) DISTINTI E RIDONDANTI. SINGOLI MOTIVI DI SEQUENZA POSSONO VENIRE ELIMINATI SENZA PREGIUDICARE ECCESSIVAMENTE L ATTIVITA GLOBALE DELL ENHANCER.

4 L ENHANCER DEL GENE DELLA CATENA PESANTE DELLE IMMUNOGLOBULINE PRESENTA VARI MOTIVI DI SEQUENZA (SEQUENZE CONSENSO COMUNI ANCHE AD ALTRI ENHANCERS). L ELIMINAZIONE DI UNO QUALSIASI DI QUESTI MOTIVI HA UN EFFETTO MINIMO SULL ATTIVITA COMPLESSIVA DELL ENHANCER, POICHE QUESTI ELEMENTI SONO RIDONDANTI. LA FUNZIONE PRINCIPALE DEGLI ENHANCERS E QUELLA DI LEGARSI A FATTORI CELLULARI DI TRASCRIZIONE (PROTEINE CHE CONTROLLANO LA TRASCRIZIONE DEL DNA IN RNA). LA TECNICA DEL FOOTPRINTING PERMETTE DI EVIDENZIARE DEI LEGAMI SPECIFICI TRA PROTEINE E DNA. SI TRATTA IL DNA CON DNASI I MOLTO DILUITA IN MODO CHE IN MEDIA CIASCUN FILAMENTO DI DNA VENGA TAGLIATO UNA VOLTA SOLA. SI GENERANO COSI FRAMMENTI DI TUTTI I PESI MOLECOLARI MA NON QUELLI GENERATI DAI TAGLI DEL TRATTO DI DNA ASSOCIATO AL FATTORE DI TRASCRIZIONE.

5 IN GENERALE I FATTORI DI TRASCRIZIONE CONTENGONO DUE DOMINI FUNZIONALI, UNO PER IL LEGAME AL DNA E UNO PER L ATTIVAZIONE DELLA TRASCRIZIONE. I DOMINI DI LEGAME AL DNA SONO RAGGRUPPABILI IN 4 FAMIGLIE STRUTTURALI DISTINTE: 1) PROTEINE A OMEODOMINI 2) PROTEINE A DITA CON ZINCO (ZINC FINGER) 3) PROTEINE A SERRATURA DI LEUCINE (LEUCINE ZIPPER) 4) PROTEINE ELICA-ANSA-ELICA (HELIX-LOOP-HELIX) α-eliche CHE INTERAGISCONO CON ALTRE PROTEINE DELL APPARATO DI TRASCRIZIONE α-elica CHE SI INSERISCE NEL SOLCO MAGGIORE DEL DNA E PRENDE CONTATTO CON LE BASI IVI PRESENTI PROTEINE A OMEODOMINI QUESTA ELICA SI INSERISCE NEL SOLCO MAGGIORE DEL DNA MOTIVO A DITA CON ZINCO (ZINC FINGER)

6 RESIDUI DI LEUCINA POSTI ESATTAMENTE SULLO STESSO LATO DELL ELICA FORMANO DELLE SUPERFICI IDROFOBICHE CHE TENGONO I DUE MONOMERI UNITI RESIDUI CARICHI POSITIVAMENTE INTERAGISCONO CON IL DNA MOTIVO A SERRATURA DI LEUCINE (LEUCINE ZIPPER) LE PROTEINE A SERRATURA DI LEUCINE E QUELLE ELICA ANSA ELICA POSSONO FORMARE DEI DIMERI DI DUE MONOMERI IDENTICI (OMODIMERI) O DI DUE MONOMERI DIFFERENTI (ETERODIMERI). LA FORMAZIONE DEL DIMERO E INDISPENSABILE AFFINCHE LA PROTEINA INTERAGISCA CON IL DNA (CIOE IL MONOMERO DA SOLO NON LEGA IL DNA). IL MECCANISMO D AZIONE DEI FATTORI DI TRASCRIZIONE NON E ANCORA COMPLETAMENTE COMPRESO. E PROBABILE CHE ESSI POSSANO AIUTARE LA RNA POLIMERASI A LEGARSI AL PROMOTORE DEI GENI E CHE POSSANO ACCELLERARE LA VELOCITA CON LA QUALE LA RNA POLIMERASI LEGATA AVVIA LA TRASCRIZIONE.

7 UN ALTRA POSSIBILE FUNZIONE DEI FATTORI DI TRASCRIZIONE POTREBBE ESSERE QUELLA DI LIBERARE IL DNA DAI NUCLEOSOMI IN MODO CHE I PROMOTORI DIVENGANO ACCESSIBILI AL COMPLESSO DI TRASCRIZIONE. GLI ENHANCERS CONTROLLANO LA TRASCRIZIONE DI GENI POSTI A MIGLIAIA DI PAIA DI BASI DI DISTANZA, PROBABILMENTE PERCHE TRA DI ESSI E I PROMOTORI DEI GENI SI FORMANO DELLE LUNGHE ANSE DI DNA CHE PERMETTONO AI FATTORI DI TRASCRIZIONE (LEGATI AGLI ENHANCERS) DI PRENDERE CONTATTO CON IL COMPLESSO DI TRASCRIZIONE. I DOMINI DI ATTIVAZIONE DEI FATTORI TRASCRIZIONALI (OVVERO LE REGIONI DELLA PROTEINA CHE ATTIVANO LA TRASCRIZIONE UNA VOLTA CHE SONO STATI PORTATI SUI PROMOTORI GRAZIE AL DOMINIO DI LEGAME AL DNA) NON SONO ANCORA STATI MOLTO BEN CARATTERIZZATI. PER MOLTI FATTORI TRASCRIZIONALI L ATTIVAZIONE E DOVUTA A DOMINI PROTEICI LA CUI UNICA CARATTERISTICA INDIVIDUABILE E UNA CARICA NEGATIVA NETTA. I FATTORI TRASCRIZIONALI SONO QUINDI COSTITUITI DA MODULI FUNZIONALI INDIPENDENTI. SPERIMENTALMENTE E PERCIO POSSIBILE UNIRE IL DOMINIO DI ATTIVAZIONE DI UN FATTORE CON IL DOMINIO DI LEGAME AL DNA DI UN ALTRO E LA PROTEINA IBRIDA RISULTANTE E PIENAMENTE ATTIVA. SE, AD ESEMPIO, PRENDIAMO IL DOMINIO LEGANTE IL DNA DI UN FATTORE DI TRASCRIZIONE CHE INBISCE LA TRASCRIZIONE DI UN DETERMINATO GENE (GENE 1) E LO UNIAMO CON IL DOMINIO ATTIVANTE LA TRASCRIZIONE DI UN ALTRO FATTORE (CHE CONTROLLA UN ALTRO GENE, GENE 2), OTTENIAMO UN FATTORE IBRIDO CHE

8 RICONOSCE IL PROMOTORE DEL GENE 1 MA INVECE DI INIBIRNE LA TRASCRIZIONE LA ATTIVA. IL FATTO CHE GLI ENHANCERS POSSONO FUNZIONARE IN MODO SPECIFICO SOLO IN UN DETERMINATO TIPO CELLULARE SPIEGA (ALMENO PARZIALMENTE) PERCHE L ESPRESSIONE DI SINGOLI GENI PUO ESSERE LIMITATA A TIPI CELLULARI SPECIFICI (FENOMENO CHE STA ALLA BASE DELLO SVILUPPO DEGLI ORGANISMI EUCARIOTI COMPLESSI). AD ESEMPIO, I GENI DELLE IMMUNOGLOBULINE (ANTICORPI O IG) PUR ESSENDO PRESENTI IN TUTTE LE CELLULE DELL ORGANISMO VENGONO ESPRESSI SOLO NEI LINFOCITI B. QUESTO FENOMENO E RESO POSSIBILE DAL FATTO CHE GLI ENHANCERS PER LE IMMUNOGLOBULINE PRESENTANO VARI MOTIVI AI QUALI SI LEGANO SPECIFICI FATTORI TRASCRIZIONALI CHE ATTIVANO LA TRASCRIZIONE (NEI LINFOCITI B) O LA INIBISCONO (IN TUTTI GLI ALTRI TIPI CELLULARI). ENHANCER DELLE IMMUNOGLOBULINE QUI NEI LINFOCITI B SI LEGA UN FATTORE DI TRASCRIZIONE CHE ATTIVA LA TRASCRIZIONE MENTRE QUI SI LEGANO DEI FATTORI DI TRASCRIZIONE PRESENTI IN MOLTI TIPI CELLULARI IN TUTTE LE ALTRE CELLULE SE NE LEGA UNO DIFFERENTE CHE LA INIBISCE QUI SI LEGANO DEI FATTORI DI TRASCRIZIONE PRESENTI SOLO NEI LINFOCITI B