espressione genica

processo attraverso cui l’informazione di un gene viene decodificata

meccanismi mediante i quali un gene vieneselettivamente espresso o non espresso

regolazione o controllo dell’espressione genica

controlli post-trascrizionali

geni a espressione costitutiva

geni a espressione regolata

sequenza regolatrice di DNAproteine regolatricidell’espressione genica

elica-giro-elica

zinc finger (dita di zinco)

leucine zipper (dimero a cerniera lampo di leucina)

domini o motivi strutturali

proteine regolatrici dell’espressione genica

proteine regolatrici dell’espressione genica

regolazione +

regolazione -

sequenza regolatrice di DNA

come operano sequenze regolatrici e proteine regolatrici?

cellula procariotica: E. coli

operone del triptofano

operone = cistroni + unico promotore

triptofano disponibile: operone spento

triptofano non disponibile: operone acceso

proteina regolatrice: repressore del triptofano

sequenza regolatrice: operatore

cistrone: sequenza di DNA codificante per una proteina

controllo negativo (prevalente nei procarioti)

repressore del triptofano

triptofano funziona da co-repressore

operone reprimibile

gene costitutivo

proteina regolatrice: attivatore

controllo positivo

sequenza regolatrice: operatore

lattosio = glucosio + galattosio

enzimi per il metabolismo del lattosio: β-galattosidasi ,lattosio permeasi, galattoside trans-acetilasi

operone lac (operone del lattosio)

operone lac (operone del lattosio)

controllo negativo e controllo positivo

glucosio è il substrato preferenziale per produrre energia

operone lac (operone del lattosio)

- lattosio

controllo negativo

+ lattosio

assenza del controllo negativo

[glucosio] [cAMP]

+ lattosio

- glucosio

CAP: proteina attivatrice dei geni catabolici (regolazione positiva)

CAP+

CAP: proteina attivatrice dei geni catabolici (regolazione positiva)

repressore (regolazione negativa)

lac operon

eucarioti pluricelullari

risposte ai cambiamenti dell’ambiente

differenziamento cellulare

processo attraverso cui una cellula di un tessuto acquisisce le proprietàmorfologiche e strutturali che la caratterizzano

epiteliale

connettivo

muscolarenervoso

zigotecellulegerminali

cellulesomatiche

“specializzazione cellulare”

primo esperimento di clonaggio di un organismo animale pluricellulare

clone: individuo con tutti gli elementi cellulari geneticamente uguali

durante il differenziamento cellulare non c’è perdita di materiale genetico,le differenze fra le varie cellule stanno nei sistemi di regolazione di espressione genica

geni tessuto-specifici (dipendono dal differenziamento cellulare)

geni a espressione costitutiva (house-keeping)

geni a espressione regolata

cellule eucariotiche

non ci sono operoni

integrazione di diversi segnali sul promotore

compattamento del DNA in cromatina

RNA polimerasi eucariotiche richiedono ifattori generali di trascrizione

oltre ai fattori generali di trascrizione gli eucarioti presentanoproteine regolatrici dette fattori trascrizionali specifici

proteine regolatrici negli eucarioti si chiamano fattori trascrizionali

dominio di legame al DNA (motivo strutturale visto in precedenza)

dominio di attivazione della trascrizione

proteine regolatrici: due domini

proteine regolatrici: attivatori

le proteine attivatrici si legano a sequenze di DNA regolatoriedette enhancer

formazione di anse di DNA (DNA looping)

mediatore

proteine regolatrici: repressori o inibitori

le proteine inibitrici si legano a sequenze di DNA regolatoriedette silencer

eterocromatina: struttura molto compatta

eucrocromatina: struttura decondensata

eucrocromatinaeterocromatina

nuclei interfasici

si può regolare l’espressione di un gene modificando l’organizzazione della cromatina

proteine regolatrici modificano la struttura locale della cromatina

modificando covalentemente gli istoni

rimodellando i nucleosomi

rimuovendo i nucleosomi

sostituendo i nucleosomi

acetilazione di lisinametilazione di lisina

fosforilazione di serina

proteine regolatrici modificano la struttura locale della cromatina

istone acetilasi (HAT)

complesso di rimodellamentodella cromatina

metilazione della citosina rende il DNA meno trascrivibile

il quadro di metilazione viene trasmesso durante la duplicazione del DNA

forma di eredità che si “sovrappone” alla eredità genetica che coinvolgecambiamenti nella sequenza nucleotidica di un gene

si può dunque influenzare “l’architettura” dei nostri geni senza modificarela sequenza del DNA

la metilazione di una base del DNA può inattivare il gene in questione, viceversail suo distacco attiva l’espressione del gene

eredità epigenetica

un tipo di meccanismo epigenetico si basa sull’eredità di modificazioni istoniche

meccanismi mediante i quali un gene vieneselettivamente espresso o non espresso

regolazione o controllo dell’espressione genica

controlli post-trascrizionali

miRNA: microRNA

si appaiano agli mRNA e ne regolano stabilità

riducono la traduzionedella proteina