Dal Genotipo al Fenotipo

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1 Dal Genotipo al Fenotipo Dal Fenotipo normale al Fenotipo patologico Regolazione dell espressione genica

2 Figure 7-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

3 Una cellula differenziata contiene tutte le informazioni genetiche necessarie a dirigere la formazione di un organismo completo

4 Figure 7-2a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

5 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 Geni regolati Emoglobina Insulina Figure 7-2c Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

6

7 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)

8 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)

9 Regolazione dell espressione genica Organizzazione della cromatina Punto 1 Inizio della trascrizione

10

11 L inizio della trascrizione è controllato mediante: Sequenze di DNA (promotori sequenze di regolazione) (cis acting) Alle quali si legano delle proteine chiamate Fattori di Trascrizione (generali o specifici) (trans acting) transcription factors PROMOTER

12 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

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14 Proteina a dito di zinco

15

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17 Regolazione nei procarioti Il gene dei procarioti è policistronico

18 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

19 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

20 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

21 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

22

23 Eucarioti Presenza di cromatina Fattori Generali di Trascrizione Differente organizzazione genica Differenziamento cellulare

24 Figure 7-44 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Eucarioti

25 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 geni umani dal 5% al 10% codifica per STF

26 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

27 DNA PACKAGING Chromatin structure is hyerarchic NUCLEOSOME Heterochromatin (more compact organization) Euchromatin (less compact organization)

28 Complessi proteici differenti si legano a regioni regolatrici di uno stesso gene influenzando l inizio della trascrizione

29 Regolazione dell espressione genica Organizzazione della cromatina Punto 1 Inizio della trascrizione

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