Regolazione Genica e Espressione Genica negli Eucarioti: Livelli e Meccanismi, Slide di Scienze e tecnologie applicate

Scarica Regolazione Genica e Espressione Genica negli Eucarioti: Livelli e Meccanismi e più Slide in PDF di Scienze e tecnologie applicate solo su Docsity! La regolazione genica negli eucarioti o MANGIA CHÉ SENO NON MA E. SAPREMO MAI SE Transeenico! = FA MALE 0 NO, La regolazione dell’espressione genica negli eucarioti, come nei procarioti, è esercitata prevalentemente a livello della fase di inizio della trascrizione, e utilizza come nei procarioti attivatori e repressori. Tuttavia è più complicata dato che l’integrazione dei segnali richiede una maggiore flessibilità per far fronte alla maggiore complessità degli eucarioti, particolarmente quelli multicellulari. Le maggiori differenze sono dovute a: 1) la struttura interrotta dei geni consente un ulteriore livello di regolazione a livello dello splicing; 2) i nucleosomi e le loro modificazioni influenzano l’accesso ai geni dei fattori di regolazione; 3) vi sono molti più siti di regolazione (cui corrispondono più proteine regolatorie) anche molto distanti dal sito di inizio della trascrizione sia a monte che a valle. La regolazione della trascrizione dei geni eucariotici è complessa e influenzata da vari fattori, tra i quali: l’affinità dei fattori di trascrizione per particolari sequenze del DNA e la capacità da parte dei fattori di trascrizione, legati a sequenze vicine, di agire in maniera cooperativa • Cellule esposte a diversi stimoli rispondono sintetizzando diversi fattori di trascrizione, che si legano a differenti siti del DNA. • Il grado di trascrizione dipende dalla particolare combinazione con cui i fattori di trascrizione si legano ad elementi di regolazione a monte. La regolazione dell’ spressione genica avviene principalmente su tre livelli: Controllo a livello della trascrizione (NUCLEO) Ormoni, fattori di crescita determina quando e quanto spesso un gene deve essere trascritto. Il controllo trascrizionale è regolato dall’azione di molte proteine: i fattori di trascrizione Controllo a livello della maturazione: controllo post-trascrizionale: Splicing determina la via dal mRNA trascritto primario (precursore), Controllo a livello della traduzione: determina quando, quanto frequentemente e per quanto tempo un mRNA deve essere tradotto. Controllo post-traduzionale: determina la maturazione funzionale delle proteine (attivazione o inattivazioneUn singolo gene può essere controllato da molti siti regolatori, Mentre, una singola proteina di legame al DNA può legarsi a numerosi siti nel genoma, controllando l’espressione di diversi geni. Meccanismi epigenetici Fattori che vengono trasmessi alla progenie, ma che non sono direttamente attribuibili alla sequenza del DNA. Agiscono mediante rimodellamento della struttura della cromatina •Metilazione del DNA; La metilazione del DNA è un processo post- replicativo. è fondamentalmente decisa durante lo sviluppo. La metilazione del DNA è quindi uno dei meccanismi correlati con il differenziamento cellulare, tramite l’inibizione dell’espressione genica a livello trascrizionale. Nelle cellule eucariotiche la metilazione (CH3) è a carico della C (CITOSINA). Solo il 3% delle C sono metilate. Locus Control Regions Alcuni set di geni, come quelli del locus della beta-globina (", #, $, %) o dei geni Hox, devono essere espressi secondo una sequenza ordinata. Questo è reso possibile da una regione regolatoria denominata locus control region (LCR) o global control region (GCR), che attraverso un meccanismo ancora sconosciuto, controlla l’espressione sequenziale dei geni. Silenziamento genico Il silenziamento genico è un meccanismo che permette di “spegnere” i geni localizzati in specifiche regioni cromosomiche (anche piuttosto estese) attraverso la modificazione della struttura della cromatina o la metilazione del DNA. Nel primo caso, la cromatina può assumere una struttura più compatta denominata eterocromatina (tipica dei centromeri e dei telomeri) che rende il DNA non accessibile dall’apparato trascrizionale. Ad esempio, la struttura cromatinica più compatta dei telomeri è determinata dalla interazione con le proteine Sir (Silent Information Regulator) che mediano anche una generale deacetilazione (Sir2). La proteina Rap1 riconosce le sequenze telomeriche e recluta il complesso SIR che si espande a partire dal telomero, fino a che non incontra un segnale che la blocca (es. metilazione H3). Silenziamento mediato da metilazione del DNA Alcuni geni sono silenziati in seguito alla metilazione del DNA da parte di metilasi. Le sequenze metilate legano specifiche proteine come MeCP2 che a loro volta reclutano istone deacetilasi e istone metilasi che inducono localmente una conformazione eterocromatinica. Caratteristica Cromatina attiva Cromatina inattiva Conformazione della cromatina Estesa, aperta Condensata Meti lazione del DNA Poco metilata specialmente nelle regioni del promotore Meti lata Acetilazione degli istoni Is toni aceti lati Is toni non aceti lati CARATTERISTICHE DELLA CROMATINA Elementi distali Elementi prossimali Promotore basale • Una serie di fattori trascrizionali deve legarsi al promotore prima che possa farlo la RNA polimerasi. Quindi se la RNA polimerasi potrà iniziare la trascrizione dipenderà anche dal legame di proteine regolatorie, attivatori e repressori. Elementi di Controllo del Promotore Basale (core) Elementi di controllo Promotore Prossimale del promotore distale, Ino ll tescrizione SA Sao pollA) Possono essere enhancer i o Elementi di Risposta (RE) ocbox CHAT bor TATA box ltrEsonet Eson62 Esone9 | { ieri noe -10 -9 -5 H Penn Lu Regione 5' non Regione 3 non tato (sader) tradita (tali) | promotori contengono diverse combinazioni di TATA box, CAAT box, GC box ed altri elementi cis agenti. Tali elementi sono riconosciuti da fattori di trascrizione pa Ormone steroideo (cortisolo) Complesso recettore- inibitore CITOPLASMA Proteina inibitrice Elemento responsivo ai glucocorticoidi Anche se non si può generalizzare per tutti i promotori , le evidenze sperimentali suggeriscono che gli Attivatori Trascrizionali reclutano TFIID al promotore Prameatore Enhancer cora rn DNA TATA Inc Gene . _ _ . Attivatori @D Ls proteine attivatrici legano il DNA dagli elementi di controllo all'interno dell'anhancer Attivatori ! PiA si curva, portando gli atta rossimità dal pri con; TRITO, incluse le proteina cosunivatrici, £ nelle vicinanze €) Sl isgano aitri fattori generali della trascrizione s l'ANA polimerasi; la trascrizione Può iniziare Trasorizione Regolazione epigenetica La trasmissione di uno specifico piano di espressione genica, attraverso varie generazioni di cellule, costituisce l’ereditarietà epigenetica. I nucleosomi e le modificazioni del DNA possono costituire le basi dell’ereditarietà epigenetica. Ad esempio, la propagazione dello stato di metilazione di una specifica regione del genoma, da parte di metilasi di mantenimento, può mantenere nella progenie il silenziamento di un certo insieme di geni. Regolazione dello splicing La regolazione dell’espressione genica può anche essere effettuata a livello del processo di splicing. In Drosophila il sesso è determinato dal rapporto tra i cromosomi X e gli autosomi (1 nella femmina, e 0,5 nel maschio) misurato inizialmente dal livello dei trascritti di due geni SisA e SisB, localizzati sul cromosoma X. SisA e SisB attivano l’espressione del gene Sex-lethal (Sxl), a partire dal promotore precoce (Pe) solo nelle femmine, dato che nei maschi prevale l’azione del repressore di Sxl codificato dal cromosoma 2.