Prefazione alla terza edizione americana Prefazione alla prima edizione americana Presentazione dell edizione italiana

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1 Prefazione alla terza edizione americana Prefazione alla prima edizione americana Presentazione dell edizione italiana XIII XV XVII Introduzione Capitolo 1 I principali elementi di controllo I componenti dell interruttore 13 Il DNA 13 La RNA polimerasi 15 Il repressore CI 16 Il repressore Cro 16 Le azioni svolte dal repressore CI e da Cro 17 Controllo negativo 17 Controllo positivo 18 Cooperatività del legame del repressore al DNA 19 Induzione: inversione dell interruttore 22 Cooperatività: stabilità e sensibilità dell interruttore 27 Gli effetti dell autoregolazione 29 Altri casi 30 Ulteriori letture: rassegne sugli argomenti trattati 31 Capitolo 2 Interazioni proteina-dna e controllo genico L operatore 33 Il repressore CI 36 Cro 39 Interazioni tra amminoacidi e coppie di basi 40 Il promotore 45

2 VIII Controllo dell espressione genica 46 Ulteriori letture: rassegne sugli argomenti trattati 49 Capitolo 3 Circuiti di controllo genico: programmazione dell interruttore Una breve panoramica della crescita di λ 52 La mappa genetica di λ 52 Circolarizzazione 53 Espressione genica 54 Fase precoce immediata 54 Fase precoce 54 Fase tardiva 54 Integrazione 55 Il controllo della trascrizione 56 Fase precoce immediata 56 Fase precoce 56 Fase litica tardiva 57 Fase lisogenica tardiva 58 La decisione 60 Controllo dell integrazione e dell excisione 61 Caso 1 Instaurazione della lisogenia 62 Caso 2 Crescita litica 62 Caso 3 Induzione 63 Altri fagi 63 La risposta SOS 65 Vie alternative di λ e sviluppo cellulare 66 Geni regolatori 66 Interruttori 68 Profili di espressione genica 69 Ulteriori letture: libri e rassegne sugli argomenti trattati 71 Capitolo 4 Le basi sperimentali delle nostre conoscenze: gli esperimenti fondamentali L ipotesi del repressore 73 Mutanti limpidi e virulenti 73 Osservazioni sperimentali 73 Spiegazione 74 Immunità ed eteroimmunità 74

3 IX Osservazioni sperimentali 74 Spiegazione 76 Asimmetria nella coniugazione batterica 76 Osservazioni sperimentali 76 Spiegazione 77 Riferimenti bibliografici 77 Il problema del repressore all inizio del Isolamento del repressore e legame al DNA 78 La produzione di maggiori quantità di repressore 80 Le caratteristiche del repressore λ 82 Il repressore è costituito da due domini globulari distinti tenuti assieme da un connettore lungo circa 40 amminoacidi 82 La dimerizzazione del repressore dipende principalmente da interazioni non covalenti fra i domini C-terminali 83 Un dimero di repressore si lega, con i suoi domini N-terminali, ad un sito operatore di 17 paia di basi 84 Un dimero di repressore si lega ad un singolo sito operatore 84 I dimeri di repressore si formano prima del legame al DNA 86 I domini N-terminali contattano il DNA 87 Nell operatore di destra (O R ) vi sono 3 siti di legame per il repressore da 17 paia di basi ciascuno. In ognuno di tali siti il repressore CI e Cro si legano lungo la stessa faccia dell elica 90 Sonde chimiche 90 Mutazioni negli operatori 91 Legame al DNA in forma lineare o superavvolta 92 Il repressore CI lega i tre siti presenti in O R attraverso un interazione basata su cooperatività a coppie alternate, mediata dall interazione fra i domini C-terminali di dimeri adiacenti 92 In un lisogeno il repressore è legato a O R 1 e a O R 2; in questo modo blocca la trascrizione di cro verso destra e stimola la trascrizione di ci verso sinistra. A concentrazioni più elevate, il repressore si lega a O R 3 e blocca la trascrizione del suo stesso gene 93 Cro lega per primo O R 3, poi O R 1 e O R 2 e in questo modo spegne prima P RM e poi P R 98 Cro in vivo 100 Cro in vitro 101 RecA innesca l induzione attraverso la scissione proteolitica del repressore CI 101 L interruttore scatta non appena Cro si è legato a O R Il repressore CI e Cro si legano all operatore attraverso il meccanismo mostrato nelle Figure 2.6, 2.8, 2.10 e Analisi cristallografica 104 Esperimenti di scambio d elica 104 Un eterodimero di repressore che si lega a un operatore ibrido 105 Contatti specifici fra amminoacidi e coppie di basi 105

4 X Il ruolo del braccio del repressore CI di λ 106 Il repressore CI attiva la trascrizione del suo stesso gene (ci) legandosi a O R 2 e contattando la RNA polimerasi con il suo dominio N-terminale 108 Mutanti nel controllo positivo 108 Il controllo positivo in vitro 111 Conclusioni 112 Ulteriori letture: libri e rassegne sugli argomenti trattati 114 Articoli scientifici 114 Capitolo : nuovi sviluppi Cooperatività a lungo raggio e repressione di P RM 119 Il repressore CI in forma ottamerica si lega a O R e a O L 120 Controllo autogeno negativo della sintesi del repressore 121 Le basi sperimentali delle nostre conoscenze (I) 123 Interazioni a lungo raggio e repressione di P R 123 Interazioni a lungo raggio e repressione di P RM 124 Attivazione e repressione di P RM 125 Struttura del repressore 126 Controllo positivo (attivazione della trascrizione) 133 L interazione RNA polimerasi-promotore 133 Il meccanismo di attivazione 134 Le basi sperimentali delle nostre conoscenze (II) 134 Varianti della regione attivatrice 134 Un soppressore di un mutante pc 135 Cristallografia 136 Bypass dell attivatore 138 Sostituzione delle regioni attivatrici e del contesto dei loro bersagli 140 La struttura del repressore in forma monomerica e il meccanismo di scissione proteolitica del repressore 143 Le basi sperimentali delle nostre conoscenze (III) 144 Evoluzione dell interruttore 145 Mutata affinità dei siti di legame di O R per il repressore 147 Eliminazione del controllo positivo 147 Eliminazione della cooperatività di legame al DNA dei dimeri di repressore 148 CII e la decisione 149 Ulteriori letture: libri e rassegne sugli argomenti trattati 150 Articoli scientifici 151

5 XI Appendice 1 Progettazione di una proteina capace di legare il DNA in modo efficiente Sommario 155 Legame specifico e non specifico 155 Aumento della specificità 158 Aumento della concentrazione proteica del repressore 158 Miglioramento diretto della specificità 158 L uso della cooperatività 160 Interazioni proteina-dna negli eucarioti 161 Ulteriori letture: articoli scientifici 162 Appendice 2 Interazioni forti e deboli 163 analitico 165