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Trascrizione nei procarioti e negliTrascrizione nei procarioti e neglieucariotieucarioti

Regolazione dell’espressioneRegolazione dell’espressione

genicagenica

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2

Processo mediante il qualeProcesso mediante il quale

l’informazione contenutal’informazione contenuta

in una sequenza di DNAin una sequenza di DNA

viene copiata in unaviene copiata in una

sequenza complementaresequenza complementare

di RNA dall’enzima RNAdi RNA dall’enzima RNA

 polimerasi polimerasi

TrascrizioneTrascrizione

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3

A

 T

G

C

Confronto DNA-RNAConfronto DNA-RNA

RNADNA

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4

TrascrizioneTrascrizione

gene

Filamento

stampo

Geni posti sulla stessa molecola di DNA hanno come

codin! strands" filamenti diversi

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5

#olo una frazione del !enoma viene trascritta$ quella C%D&F&CANT'$#olo una frazione del !enoma viene trascritta$ quella C%D&F&CANT'$or!anizzata in unit( funzionali dette G'N&or!anizzata in unit( funzionali dette G'N&Trend evolutivoTrend evolutivo))

con l’aumentare delle dimensioni del !enoma$ aumenta la frazionecon l’aumentare delle dimensioni del !enoma$ aumenta la frazionenon codificantenon codificante

dimensioni: 4,7 12,1 100 3300 Mb

*+,, !eni*+,, !eni

./,,, !eni./,,, !eni

700X

6X

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6

0un1 DNA20un1 DNA2

Pi3 del 456 del !enoma umano 7 composto da sequenze nonPi3 del 456 del !enoma umano 7 composto da sequenze noncodificanticodificanti

.86 del !enoma umano 7 rappresentato da re!ioni introniche.86 del !enoma umano 7 rappresentato da re!ioni introniche **6 del !enoma umano 7 rappresentato da retrotrasposoni**6 del !enoma umano 7 rappresentato da retrotrasposoni

9elementi in !rado di copiarsi e poi di inte!rarsi in altre posizioni9elementi in !rado di copiarsi e poi di inte!rarsi in altre posizionidel !enoma:del !enoma:

Pseudo!eni 9c;a; .,;,,, sequenze simili a !eni ma non pi3Pseudo!eni 9c;a; .,;,,, sequenze simili a !eni ma non pi3funzionanti:funzionanti:

 Non codin! RNA 9re!olazione della trascrizione !enica: Non codin! RNA 9re!olazione della trascrizione !enica: <ARs 9<atri= attachment re!ions: condensazione della cromatina<ARs 9<atri= attachment re!ions: condensazione della cromatina >>;;

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7

 Nei procarioti i sin!oli !eni sono separati da ?revi sequenze non codificanti Nei procarioti i sin!oli !eni sono separati da ?revi sequenze non codificanti

Gene 1 Gene 2 Gene 3

 Ne!li eucarioti i sin!oli !eni sono separati da lun!hissime sequenze non Ne!li eucarioti i sin!oli !eni sono separati da lun!hissime sequenze noncodificanticodificanti

Gene 1 Gene 2

Gene 3

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8

@isione d’insieme della trascrizione@isione d’insieme della trascrizione

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&nizio della trascrizione&nizio della trascrizione

la RNA polimerasi si le!a al DNA in corrispondenza del promotoree copia" il filamento di DNA stampo a partire dal sito di iniziodella trascrizione

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Alfa amanitina ini?isce le RNA pol eucarioticheAlfa amanitina ini?isce le RNA pol eucariotiche

Polipeptide ?iciclicoPolipeptide ?iciclico

Bavvelenamento con le amanitine 7 caratterizzato da un lun!o periodo di latenza 9dalle 8 alleBavvelenamento con le amanitine 7 caratterizzato da un lun!o periodo di latenza 9dalle 8 alle

*5 ore$ in media 8-/ ore: durante il quale il paziente non accusa alcun sintomo;*5 ore$ in media 8-/ ore: durante il quale il paziente non accusa alcun sintomo;

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Il promotoreIl promotore 7 una sequenza specifica del DNA che viene riconosciuta dalla RNA7 una sequenza specifica del DNA che viene riconosciuta dalla RNA

 polimerasi e determina D%@' la sintesi del mRNA inizia e polimerasi e determina D%@' la sintesi del mRNA inizia e

EA' filamento del DNA de??a essere utilizzato come stampo;EA' filamento del DNA de??a essere utilizzato come stampo;

Promotore procarioticoPromotore procariotico

#ito di inizio della#ito di inizio della

denaturazionedenaturazione

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Procarioti) RNA polimerasi si le!a direttamente al promotoreProcarioti) RNA polimerasi si le!a direttamente al promotore'ucarioti) fattori di trascrizione le!ano il promotore prima dell’ RNA polimerasi &&'ucarioti) fattori di trascrizione le!ano il promotore prima dell’ RNA polimerasi &&

& due filamenti di DNA si svol!ono e il DNA pu essere copiato; a RNA polimerasi$& due filamenti di DNA si svol!ono e il DNA pu essere copiato; a RNA polimerasi$a differenza della DNA polimerasi$ non ha ?iso!no di un innescoa differenza della DNA polimerasi$ non ha ?iso!no di un innesco

CGA

TG

CC C

GCC

U

Allun!amento della catena dell’RNAAllun!amento della catena dell’RNA

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Allun!amento della catena dell’RNAAllun!amento della catena dell’RNA

A differenza delle DNA polimerasi$ le RNA polimerasi nonA differenza delle DNA polimerasi$ le RNA polimerasi nonhanno attivit( proof readin!"hanno attivit( proof readin!"

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Allun!amento della catena dell’RNAAllun!amento della catena dell’RNA

’

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TerminazioneTerminazione

#equenze specifiche sul DNA 9terminator: determinano l’arresto della#equenze specifiche sul DNA 9terminator: determinano l’arresto dellatrascrizione in corrispondenza di un determinato nucleotide 9#T%P site:trascrizione in corrispondenza di un determinato nucleotide 9#T%P site:

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 Nei PR%CAR&%T& esiste una sola RNA polimerasi che trascrive i Nei PR%CAR&%T& esiste una sola RNA polimerasi che trascrive ivari tipi di RNA)vari tipi di RNA)

rRNArRNA RNA ri?osomaleRNA ri?osomalemRNAmRNA proteine proteinetRNAtRNA RNA di trasferimentoRNA di trasferimento

 Ne!li 'ECAR&%T& esistono tre RNA polimerasi distinte) Ne!li 'ECAR&%T& esistono tre RNA polimerasi distinte)

RNA polimerasi &RNA polimerasi &  rRNArRNARNA polimerasi &&RNA polimerasi && mRNAmRNARNA polimerasi &&&RNA polimerasi &&&  tRNAtRNA

ma questa non è la solama questa non è la sola differenza….differenza….

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 Nei procarioti il trascritto viene su?ito tradotto in proteina > Nei procarioti il trascritto viene su?ito tradotto in proteina >

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>>nel nucleo delle cellule eucariotiche invece avviene un complicatonel nucleo delle cellule eucariotiche invece avviene un complicato

 processo di <ATERAH&%N' prima che il trascritto ven!a esportato processo di <ATERAH&%N' prima che il trascritto ven!a esportato

nel citoplasma e tradotto;nel citoplasma e tradotto;

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Dal nucleo al citoplasmaDal nucleo al citoplasma

Dal nucleo dove avviene la trascrizione$ !li RNA messa!!eri maturiDal nucleo dove avviene la trascrizione$ !li RNA messa!!eri maturi passano attraverso i pori nucleari nel citoplasma$ dove ven!ono passano attraverso i pori nucleari nel citoplasma$ dove ven!ono

tradottitradotti

 pori nucleari pori nucleari

linfocita vistolinfocita vistoal <;'; dopoal <;'; dopo

criofratturacriofrattura

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 Nei !eni de!li eucarioti le Nei !eni de!li eucarioti lesequenze codificanti persequenze codificanti per

 proteine 9esoni: sono proteine 9esoni: sonointerrotte da sequenze noninterrotte da sequenze noncodificanti 9introni:;codificanti 9introni:;&l trascritto primario$ prima di&l trascritto primario$ prima dia??andonare il nucleo$ vienea??andonare il nucleo$ viene

sottoposto ad un processosottoposto ad un processodi ta!lio e ricucituradi ta!lio e ricucitura!splicing"#!splicing"# !li introni ven!ono eliminati!li introni ven!ono eliminati

e !li esoni riuniti uno all’altro;e !li esoni riuniti uno all’altro;a molecola di mRNAa molecola di mRNAmaturo che esce dal nucleomaturo che esce dal nucleosar( costituita da una sequenzasar( costituita da una sequenzacodificante continuacodificante continua

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&l fenomeno dello #P&C&NG alternativo ne!li eucarioti aumenta il&l fenomeno dello #P&C&NG alternativo ne!li eucarioti aumenta il potenziale espressivo del !enoma; potenziale espressivo del !enoma;<ediante forme di splicin! alternativo da uno stesso !ene possono<ediante forme di splicin! alternativo da uno stesso !ene possonoderivare trascritti diversi che$ una volta tradotti$ danno luo!o aderivare trascritti diversi che$ una volta tradotti$ danno luo!o a

 proteine diverse proteine diverse

#plicin! alternativo#plicin! alternativo

esone esone esone

$ e sono esoni alternati%i

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&omo sapiens&omo sapiens  NI !eni) .,-./;,,, NI !eni) .,-./;,,,

Percentuale di !eni che su?iscono splicin! alternativo) 5,6Percentuale di !eni che su?iscono splicin! alternativo) 5,6

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#plicin! alternativo dell’ mRNA per la tropomiosina#plicin! alternativo dell’ mRNA per la tropomiosina9/ isoforme:9/ isoforme:

Tropomiosina) proteina che le!a l’actina 9coinvolta nella contrazione muscolare:Tropomiosina) proteina che le!a l’actina 9coinvolta nella contrazione muscolare:

e fa parte delle proteine del citoscheletro nelle cellule non muscolarie fa parte delle proteine del citoscheletro nelle cellule non muscolari

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 Nei procarioti pi3 !eni possono essere trascritti in un unico mRNA Nei procarioti pi3 !eni possono essere trascritti in un unico mRNA

 Ne!li eucarioti sempre mRNA J !ene Ne!li eucarioti sempre mRNA J !ene

Altre differenze fra procarioti ed eucarioti>;;Altre differenze fra procarioti ed eucarioti>;;

#ta?ilizzazione mRNA

e!ame al ri?osoma

#ta?ilizzazione mRNA'sportazione mRNA dal

nucleo

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#olo alcuni !eni ven!ono costituzionalmente trascritti 9!eni#olo alcuni !eni ven!ono costituzionalmente trascritti 9!eni housekeeping:housekeeping:

enzimi del meta?olismo$ RNA polimerasi$ ri?osomi$ istoni>:enzimi del meta?olismo$ RNA polimerasi$ ri?osomi$ istoni>:

Per tutti !li altri esistono molti meccanismi che permettono di re!olare se$Per tutti !li altri esistono molti meccanismi che permettono di re!olare se$

quando 9meccanismi di re!olazione temporali:quando 9meccanismi di re!olazione temporali:  e quanto un !ene deve esseree quanto un !ene deve essere

trascrittotrascritto

Ci 7 particolarmente evidente e importante ne!li or!anismi eucariotiCi 7 particolarmente evidente e importante ne!li or!anismi eucarioti

multicellulari dove esiste una re!olazione tessuto specifica 9cellule diversemulticellulari dove esiste una re!olazione tessuto specifica 9cellule diverse

 producono proteine diverse: producono proteine diverse:

Anche nei procarioti tuttavia vi sono meccanismi di re!olazioneAnche nei procarioti tuttavia vi sono meccanismi di re!olazione

dell’espressione !enicadell’espressione !enica %P'R%N&%P'R%N&

Re!olazione dell’espressione !enicaRe!olazione dell’espressione !enica

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cardiomiocitacardiomiocita

neuroneneurone epatocitiepatociti

Kanno tutti lo stesso DNA$ ma esprimono !eni differentiKanno tutti lo stesso DNA$ ma esprimono !eni differenti&l pattern di !eni espressi per o!ni tipo cellulare 7 diverso&l pattern di !eni espressi per o!ni tipo cellulare 7 diverso

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&n primo luo!o la&n primo luo!o la conformazioneconformazione 

della cromatina condiziona ladella cromatina condiziona latrascrizione 9cromatina addensata Jtrascrizione 9cromatina addensata Jtrascrizionalmente inattiva:trascrizionalmente inattiva:

'ECAR&%T&'ECAR&%T&

Potenziali punti di controlloPotenziali punti di controllodell’espressione !enicadell’espressione !enica

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'ucromatina ed eterocromatina'ucromatina ed eterocromatina

aa - eucromatina)- eucromatina)

frazione nuclearefrazione nuclearetrascrizionalmentetrascrizionalmenteattiva e a ?assa densit(attiva e a ?assa densit(

sezione al microscopio elettronicosezione al microscopio elettronico

a

''' - eterocromatina)- eterocromatina)

frazionefrazione

trascrizionalmentetrascrizionalmente

  inattiva edinattiva edelettrondensaelettrondensa

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'sempio di cromatina addensata 9eterocromatina: trascrizionalmente'sempio di cromatina addensata 9eterocromatina: trascrizionalmenteinattiva J corpo di Larr nelle cellule somatiche femminili;inattiva J corpo di Larr nelle cellule somatiche femminili;&l cromosoma M inattivo 7 visi?ile nel nucleo interfasico di cellule &l cromosoma M inattivo 7 visi?ile nel nucleo interfasico di cellule

come una masserella di cromatina condensata$ addossata allacome una masserella di cromatina condensata$ addossata allamem?rana nuclearemem?rana nucleare

 Nuclei di cellule della mucosa orale di  Nuclei di cellule della mucosa orale di  9sinistra: e9sinistra: e OO 9destra:9destra:

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Controllo trascrizionale)Controllo trascrizionale)esercitato da interruttori molecolariesercitato da interruttori molecolariFattori di trascrizione 9proteine cheFattori di trascrizione 9proteine chesi le!ano al DNA: nel sitosi le!ano al DNA: nel sito

 promotore dei sin!oli !eni o in promotore dei sin!oli !eni o incorrispondenza di altre sequenzecorrispondenza di altre sequenzere!olatricire!olatrici

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Re!olazione trascrizionaleRe!olazione trascrizionale

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Recettore de!li andro!eni 9AR:Recettore de!li andro!eni 9AR:

<em?rana<em?ranacellularecellulare

RecettoreRecettore

<em?rana<em?rananuclearenucleare trascrizione

'sempio di fattore'sempio di fattoredi trascrizionedi trascrizione

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En unico fattore di re!olazione dell’espressione pu controllare diversiEn unico fattore di re!olazione dell’espressione pu controllare diversi!eni;!eni;'sempio) Recettore de!li Andro!eni$ Recettore de!li 'stro!eni 9'R:'sempio) Recettore de!li Andro!eni$ Recettore de!li 'stro!eni 9'R:

Re!olazione coordinata dell’espressione !enicaRe!olazione coordinata dell’espressione !enica

<inimal 'R' consensus sequence)<inimal 'R' consensus sequence) (’)GGTCAnnnTGACC)’(’)GGTCAnnnTGACC)’ 

*XT o+,tocin*XT o+,tocin

CR& Corticotropin)Releasing &ormoneCR& Corticotropin)Releasing &ormone

-A.R -latelet)Acti%ating .actor Receptor-A.R -latelet)Acti%ating .actor Receptor

RXRA Retinoic Acid ReceptorRXRA Retinoic Acid Receptor

'R' 'stro!en Responsive 'lementuesta sequenza si trova nel promotore di tutti i !eni controllati da 'R 

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#plicin! alternativo re!olato da

 proteine cellula-specifiche

#ta?ilit( del mRNA

#pesso in +’ ETR ci sono sequenze

specifiche per la sta?ilit( del messa!!ero

’emivita del messa!!ero incide sulla quantit(di proteina sintetizzata

&nizio della traduzionePu essere ?loccata da proteine re!olatrici

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