LA TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI
NEGLI EUCARIOTI TRASCRIZIONE E TRADUZIONE SONO DUE EVENTI SEPARATI CHE AVVENGONO IN DUE DIVERSI COMPARTIMENTI CELLULARI: NUCLEO E CITOPLASMA.
INOLTRE, A DIFFERENZA DEI PROCARIOTI, TUTTI I TRASCRITTI SUBISCONO NEL NUCLEO UN PROCESSO DI MATURAZIONE
FIGURA 5.16 GENES VII = 7.14 GENE VI
FIGURA 3.6 GENOMI II
NEI PROCARIOTI UN UNICA RNA POLIMERASI TRASCRIVE TUTTI GLI RNA. NEGLI EUCARIOTI CI SONO 3 RNA POLIMERASI: LE RNA POLIMERASI I, II, E III CHE TRASCRIVONO RISPETTIVAMENTE I GENI PER GLI RNA RIBOSOMALI, I GENI CODIFICANTI PROTEINE E I GENI PER GLI RNA DI TRASPORTO.
FIGURA 9.18 GENOMI II TATA BOX PROMOTORE CORE
IL PROMOTORE CORE DELLA RNA POLIMERASI II COMPRENDE UNA TATA BOX CON SEQUENZA CONSENSO TATAWAW (W=A+T) POSTA IN POSIZIONE 25 ED UNA SEQUENZA INIZIATRICE (INR) CON SEQUENZA CONSENSO YYCARR LOCALIZZATA IN CORRISPONDENZA DEL SITO DI INIZIO DELLA TRASCRIZIONE (LA A RAPPRESENTA LA POSIZIONE +1). QUESTI DUE ELEMENTI SONO COMUNI ALLA MAGGIOR PARTE DEI GENI.
GLI ELEMENTI A MONTE DEL PROMOTORE CORE SONO INVECE DIVERSI DA GENE A GENE E RAPPRESENTANO IL PRESUPPOSTO PER LA REGOLAZIONE DELL ESPRESSIONE GENICA.
I FATTORI TRASCRIZIONALI GENERALI LEGANO IL PROMOTORE CORE
IL TASSO BASALE DI INIZIO DELLA TRASCRIZIONE DA PARTE DELLA RNA POLIMERASI II E MOLTO BASSO. PROTEINE ATTIVATRICI CHE SI LEGANO ALLE SEQUENZE A MONTE DEL PROMOTORE CORE POSSONO INCREMENTARE NOTEVOLMENTE IL TASSO TRASCRIZIONALE (ANCHE 1000 VOLTE) ED IN QUESTO MODO ATTIVARE L ESPRESSIONE GENICA.
GLI ATTIVATORI DELLA TRASCRIZIONE AGISCONO STABILIZZANDO IL LEGAME DELLA RNA POLIMERASI AL PROMOTORE.
FIGURA 9.27 GENOMI II.
GLI ATTIVATORI POSSONO AGIRE ANCHE LEGANDO SEQUENZE MOLTO DISTANTI DAL PROMOTORE CORE
IN QUESTO MODO UN SINGOLO GENE PUO ESSERE ACCESO MEDIANTE L INTERVENTO DI UNO SPECIFICO ATTIVATORE (O PIU SPESSO UNA COMBINAZIONE DI ATTIVATORI). IN TESSUTI DIVERSI, DIFFERENTI ATTIVATORI ACCENDONO DIFFERENTI GRUPPI DI GENI, DETERMINANDO LE CARATTERISTICHE STRUTTURALI E FUNZIONALI DELLE CELLULE DIFFERENZIATE.
MODIFICHE POST-TRASCRIZIONALI DELL RNA MESSAGGERO 1) FORMAZIONE DEL CAPPUCCIO O CAP ALL ESTREMITA 5 2) FORMAZIONE CODA DI POLI-A ALL ESTREMITA 3 3) SPLICING
LA FORMAZIONE DEL CAPPUCCIO O CAP CONSISTE NELL AGGIUNTA DI UNA MOLECOLA DI GUANOSINA TRIFOSFATO ALL ESTREMITA 5 DEL MESSAGGERO.
IL CAP SERVE A LEGARE IL RIBOSOMA AI FINI DELLA SINTESI PROTEICA
LA CODA DI POLI(A) COMPRENDE FINO A 250 ADENOSINE. ESSA STABILIZZA L RNA MESSAGGERO
LE SEQUENZE CODIFICANTI DEI GENI EUCARIOTICI SONO SPESSO INTERROTTE DA SEQUENZE NON CODIFICANTI DENOMINATE INTRONI
FIGURA 10.12 GENOMI II GENE UMANO DELLA -GLOBINA
GLI INTRONI SONO TRASCRITTI INSIEME AGLI ESONI E SI RITROVANO QUINDI NEL TRASCRITTO PRIMARIO (PRE-mRNA). QUESTO SUBISCE POI UNA FORMA DI MATURAZIONE, DEFINITA SPICING, CHE RIMUOVE GLI INTRONI RISTABILENDO LA CONTINUITA DELLA SEQUENZA CODIFICANTE.
FIGURA 22.2 GENES VII = 30.2 IL GENE VI
LO SPLICING E CATALIZZATO DA ENZIMI NUCLEARI CHE SI ASSOCIANO A FORMARE UNA STRUTTURA DEFINITA SPLICEOSOMA.
UNO STESSO PRE-mRNA PUO ANDARE INCONTRO IN TESSUTI DIVERSI A DIFFERENTI SCHEMI DI SPLICING. QUESTO FENOMENO E DEFINITO SPLICING ALTERNATIVO.
FIGURA 10.19 GENOMI N C N C
LO SPLICING ALTERNATIVO PERMETTE CHE UN SINGOLO GENE DIA ORIGINE A VARI mrna E QUINDI A VARIE PROTEINE. QUESTO FENOMENO CONSENTE QUINDI AMPLIARE LA GAMMA DI PROTEINE CHE UN ORGANISMO EUCARIOTE PUO PRODURRE CON UN NUMERO LIMITATO DI GENI.
PROCARIOTI: 1 GENE 1 RNA MESSAGGERO 1 PROTEINA EUCARIOTI: 1 GENE 1 TRASCRITTO PRIMARIO MOLTEPLICI RNA MESSAGGERI (PER EFFETTO DI SPLICING ALTERNATIVO) MOLTEPLICI PROTEINE.
STRUTTURA TIPICA DI UN GENE EUCARIOTICO ATG TAA, TAG O TGA SEQUENZA INIZIATRICE (INR) ESONE TATA BOX TERMINATORE SITO DI SPLICING
STRUTTURA TIPICA DI UN mrna EUCARIOTICO AUG UAA, UAG O UGA CAPPUCCIO O CAP SEQUENZA CODIFICANTE POLI(A)
REGOLAZIONE DELL ESPRESSIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI
NEGLI EUCARIOTI PLURICELLULARI LA NECESSITA DI REGOLARE L ESPRESSIONE GENICA E EVIDENTE SE SI CONSIDERA LA NATURA DIVERSIFICATA DELLE CELLULE DIFFERENZIATE: CIASCUNA CELLULA POSSIEDE UN PARTICOLARE ASSETTO STRUTTURALE E METABOLICO CHE E DETTATO DALL ESPRESSIONE DI UNO SPECIFICO GRUPPO DI GENI.
I GENI HOUSEKEEPING SVOLGONO FUNZIONI DI BASE NECESSARIE ALLA VITA DI CIASCUNA CELLULA DELL ORGANISMO. NE SONO UN ESEMPIO I GENI DEGLI ENZIMI DELLA GLICOLISI, I GENI DELLE PROTEINE DEL CITOSCHELETRO ETC. QUESTI GENI SONO ATTIVI IN TUTTI I TIPI CELLULARI. L UOMO POSSIEDE CIRCA 10.000 GENI HOUSE-KEEPING.
I GENI TESSUTO-SPECIFICI SVOLGONO FUNZIONI SPECIALIZZATE CORRELATE AD UNO O POCHI TIPI CELLULARI. NE SONO UN ESEMPIO I GENI CHE CODIFICANO LA CHERATINA, IL COLLAGENE, L EMOGLOBINA, L INSULINA, ETC. OVVIAMENTE QUESTE PROTEINE SONO ESPRESSE SOLO IN SPECIFICI TIPI CELLULARI. NELL UOMO CIASCUN ORGANO ESPRIME DA 3000 A 5000 GENI TESSUTO SPECIFICI.
COMPLESSIVAMENTE, LE CELLULE PROCARIOTICHE HANNO NECESSITA DI MODIFICARE IL PROPRIO PROTEOMA SOPRATTUTTO IN RELAZIONE A CAMBIAMENTI NEL TIPO DI NUTRIENTI DISPONIBILI E ALLE CONDIZIONI CHIMICO- FISICHE DEL MOMENTO. NEL CASO DEGLI ORGANISMI EUCARIOTI PLURICELLULARI L AMBIENTE EXTRACELLULARE E SPESSO UN FLUIDO CORPOREO CHE HA UNA COMPOSIZIONE PIUTTOSTO COSTANTE NEL TEMPO. QUESTE CELLULE HANNO PERO NECESSITA DI COOPERARE PER
MANTENERE L INTEGRITA STRUTTURALE E FUNZIONALE DELL ORGANISMO. TALE COOPERAZIONE E POSSIBILE GRAZIE AD UN COMPLESSO SISTEMA DI MESSAGGERI CHIMICI, GLI ORMONI, CHE TRASMETTONO INFORMAZIONI DA UNA CELLULA ALL ALTRA. NEL CASO DEGLI ORGANISMI PLURICELLULARI GLI STIMOLI MAGGIORI PROVENGONO QUINDI DA ORMONI E FATTORI DI CRESCITA.
FIGURA 12.5 GENOMI II
FIGURA 12.8 GENOMI II
NEGLI EUCARIOTI L ESPRESSIONE GENICA E ANCHE REGOLATA MODULANDO LA STRUTTURA DELLA CROMATINA. AD ESEMPIO, I GENI CHE NON DEVONO ESSERE ESPRESSI SONO SEGREGATI NELL ETEROCROMATINA MENTRE QUELLI ATTIVI SI TROVANO NELL EUCROMATINA.
ANCHE NELL EUCROMATINA,L ESPRESSIONE DI UN GENE RICHIEDE LA SEPARAZIONE DEL DNA DALLE PROTEINE ISTONICHE IN MODO CHE L RNA POLIMERASI ABBIA ACCESSO AL DNA.
INFINE, NEGLI EUCARIOTI E STATO SCOPERTO UN MECCANISMO DI REGOLAZIONE DELL ESPRESSIONE GENICA A LIVELLO POST-TRASCRIZIONALE. ESSO COINVOLGE I MICRORNA.
I MICRORNA SONO PICCOLE MOLECOLE DI RNA IN GRADO DI LEGARE SEQUENZE NUCLEOTIDICHE COMPLEMENTARI PRESENTI NEGLI RNA MESSAGGERI ALLO SCOPO DI BLOCCARE LA SINTESI PROTEICA.
I MICRORNA CONTRIBUISCONO A REALIZZARE UNA REGOLAZIONE FINE DELL ESPRESSIONE GENICA: IN CIASCUN TESSUTO, IL LIVELLO DI ESPRESSIONE DI UN GENE DIPENDE INFATTI DALLA SPECIFICA COMBINAZIONE DEI FATTORI TRASCRIZIONALI PRESENTI NEL NUCLEO E DEI MICRORNA PRESENTI NEL CITOPLASMA
PER QUESTE PROPRIETA, I MICRORNA SVOLGONO UN RUOLO FONDAMENTALE NELLO SVILUPPO E DIFFERENZIAMENTO. ESSI CONTRIBUISCONO INFATTI ALL ACQUISIZIONE DI UNA SPECIFICA IDENTITA CELLULARE IN DUE MODI: REGOLANO FINEMENTE L ESPRESSIONE DEI GENI NECESSARI AL TIPO CELLULARE IN ESAME ED EVITANO L ESPRESSIONE DEI GENI LA CUI FUNZIONE DEVE ESSERE CONFINATA AD ALTRI MOMENTI DELLO SVILUPPO O ALTRI TIPI CELLULARI.
LA REGOLAZIONE MEDIATA DAI MICRORNA E ANCHE DEFINITA INTERFERENZA DA RNA O RNA INTERFERENCE (PREMIO NOBEL A FIRE E MELLO NEL 2006).