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1 procarioti eucarioti poli-cistronico mono-cistronico non modificato CAP al 5 e poly-a al 3 RNA messaggero: procarioti eucarioti policistronico monocistronico non modificato CAP al 5 e poly-a al 3 continuo soggetto a splicing 1

2 Struttura dei geni (procarioti vs eucarioti) Struttura dei geni (procarioti vs eucarioti) Primo trascritto 5 3 mrna 5 3 2

3 Gli introni possono essere piccoli o molto grandi 3

4 Splicing regolato consente di produrre proteine diverse a partire dallo stesso GENE Splicing Uso alternativo di un esone interno 4

5 Splicing Uso alternativo di un esone terminale Esempio di splicing alternativo: Tropomiosina Consente di produrre una serie di mrna diversi, permettendo la produzione di una serie di proteine diverse dallo stesso gene 5

6 DSCAM, proteina espressa sulla membrana dei neuroni in Drosophila melanogaster DSCAM, proteina espressa sulla membrana dei neuroni in Drosophila melanogaster (=12x48x33) possibili domini extracellulari per 2 possibili segmenti transmembrana = proteine diverse (!) 6

7 DNA mrna GENE promotore regione trascritta trascrizione splicing traduzione Proteina NH2 COOH Funzione biologica 7

8 I geni: unità di informazione 1) Non tutto il DNA è trascritto; 2) I geni non vengono trascritti allo stesso modo; 3) Esistono geni che vengono trascritti ma non tradotti. gene C DNA RNA Alberts et al., L ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2005 Le proprietà e le funzioni di ogni cellula sono determinate dalle proteine che contiene Organismi unicellulari devono adattare prontamente l espressione genica alle condizioni ambientali Organismi multicellulari istruzioni specifiche durante lo sviluppo embrionale portano alla formazione di tessuti con cellule e funzioni molto diverse (differenziamento) Il genoma è costante. La enorme varietà di tipologie cellulari è determinata dal diverso profilo di espressione genica. Geni costitutivi (housekeeping) e geni tessuto-specifici 8

9 Le proprietà e le funzioni di ogni cellula sono determinate dalle proteine che contiene Corretto profilo di espressione genica Corretta funzionalità cellulare = = Condizione fisiologica Profilo di espressione genica alterato = Alterata funzione cellulare = Patologia La sintesi dell RNA messaggero richiede che: una RNA polimerasi inizi la trascrizione continui a polimerizzare una catena di ribonucleotidi complementare al filamento stampo del DNA termini la trascrizione al momento opportuno 9

10 Il controllo trascrizionale In che modo una cellula determina quale gene trascrivere? Promotore Elementi di sequenza identificano l estremità 5 del gene, indicando il sito di inzio e la direzione della trascrizione Fattori di trascrizione Proteine regolatrici riconoscono specifiche sequenze e vi si legano, influenzando l efficienza con cui il gene viene trascritto Elementi regolativi prossimali e distali controllano la trascrizione dei geni negli eucarioti 1) TATA-box 2) Promotore (prossimale) Regione trascritta 3) Enhancers (distali) 10

11 Fattori di trascrizione sequenza specifici L assemblaggio dei fattori di trascrizione generali e della RNA polimerasi viene facilitato dall interazione con proteine che legano specifiche sequenze di DNA - generalmente situate a monte del sito di inizio trascrizione. Diverse regioni di controllo sono necessarie per la corretta espressione del gene in diversi contesti cellulari o metabolici Fattori di trascrizione Possono stimolare oppure reprimere la trascrizione Legano il DNA in modo sequenza specifico nelle regioni regolative prossimali (promotore) o distali (enhancers) Un attivatore tende a FAVORIRE l assemblaggio della RNA polimerasi sul promotore. Un repressore tende ad IMPEDIRE l assemblaggio della RNA polimerasi sul promotore. Ovvero, regolano l inizio della trascrizione 11

12 Fattori di trascrizione Possono stimolare oppure reprimere la trascrizione Legano il DNA in modo sequenza specifico nelle regioni regolative prossimali (promotore) o distali (enhancers) Hanno quasi sempre un struttura modulare, suddivisibile in dominii dominio di legame al DNA (sequenza-specifico) dominio transattivante / di repressione altri domini (e.g. interazione proteina-proteina, interazione con ligandi, regolazione, etc.) Fattori di trascrizione Possono stimolare oppure reprimere la trascrizione Legano il DNA in modo sequenza specifico nelle regioni regolative prossimali (promotore) o distali (enhancers) Hanno quasi sempre un struttura modulare (suddivisibile in dominii ) I domini di legame al DNA sono vari, ma in genere sono costituiti da una o più alfa-eliche che interagiscono con le basi nel solco profondo del DNA, a livello di una sequenza specifica Spesso legano il DNA come omo- oppure etero-dimeri 12

13 Homeodomain HLH (helix-loop-helix) 13

14 Integrazione ad un promotore: controllo combinatorio dell espressione genica enhancer promotore regione trascritta TATA trascrizione 5 3 splicing mrna 5 3 traduzione Proteina NH2 COOH Funzione biologica 14

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