Espressione ed utilizzo della informazione genetica

Espressione ed utilizzo della

informazione genetica

Prof.ssa Flavia Frabetti Aa 2010-11

L’informazione genetica, contenuta nel DNA, ha lo scopo di:

1) mantenere lo stato vitale (strutture e funzioni)

2) realizzare l’adattamento (risposta ad un cambiamento)

3) determinare il differenziamento (specializzazione di strutture e funzioni)

L’informazione genetica ereditata determina il manifestarsi di specifici caratteri inducendo la sintesi di certe proteine:

le proteine sono l’anello di congiunzione tra informazione e la realizzazione/effettuazione di strutture ed attività.

ESPRESSIONE DELLA INFORMAZIONE BIOLOGICA non solo le strutture, ma anche l’architettura e la distribuzione spaziale di queste, nonché i cambiamenti temporali

dal progetto

alla

costruzione proteina

DNA

Cosa studiamo?

Trascrizione e Traduzione Codice genetico

Meccanismi di CONTROLLO della espressione genica Dove è scritta l’informazione genica:

DNA

Cromatina / cromosomi Nucleo eucariotico

Come è organizzata l’informazione genica:

Genoma

Geni - come concetto

- “struttura del gene eucariota tipo”

Come si esprime l’informazione genica:

nucleo

DNA istoni

cromosoma telomero centromero

telomero

Dove è scritta la informazione?

proteine acide

Come è organizzata l’informazione?

Una enorme quantità di informazione dentro ad ogni singola cellula:

il GENOMA

Aprendo ogni libro si trovano brani così scritti:

…..ATCCGAGCTTTACGTACGGTTACCGGATCGAGCATACT……

- il complesso dell'informazione genetica di una cellula

- la massa totale del DNA cellulare

- il patrimonio ereditario dell'organismo a cui appartiene

Anche la definizione di genoma è complessa!

Il genoma è:

COMPLESSITA’ DEL GENOMA

Servono informazioni proporzionali alla complessità dell’organismo ?

Proporzionalità da batteri a vermi Poi non viene mantenuta

PARADOSSO DELLA NON PROPORZIONALITA’

TRA COMPLESSITA’ GENOMA E COMPLESSITA’ ORGANISMO

Paradosso del valore “C”

DIMENSIONI in bp (contenuto in DNA)

NUMERO DEI GENI

Media: 61.710 Minimo: 27.462 Massimo: 153.478

Drosophila M.

16.321

C. Elegans 21.210

Arabidobsis T.

26.000

STIMA: 22.000

(analisi computer) Homo sapiens

Organizzazione generale del genoma umano

Corredo aploide 3.200.000.000 bp ovvero 3,2 Gbp (Cr. 1  279.000.000 bp, Cr. 21  45.000.000 bp )

Genoma mitocondriale  16.569 bp

Peso     (genoma diploide)   7 pg Lunghezza (genoma diploide)    2 m Il genoma umano è distribuito in cromosomi:

22 tipi di AUTOSOMI

2 tipi di ETEROCROMOSOMI (X e Y)

ORGANIZZAZIONE DEL GENOMA UMANO

NUCLEARE MITOCONDRIALE

0,5 %

~ 40% GENI CODIFICANTI

PROTEINE E GENI PER ncRNA

~ 60%

DNA EXTRAGENICO

ORGANIZZAZIONE DEL GENOMA UMANO

NUCLEARE MITOCONDRIALE

0,5 %

1,7 % DEL GENOMA 5,3% mRNA MATURO

(ESONI) 1/3 GENI CODIFICANTI

PROTEINE

56% CODIFICANTE (CDS) 0,96 % DEL GENOMA

30 30 Mb Mb

DNA RNA proteine

replicazione o duplicazione

trascrizione della informazione

traduzione della informazione

Reintrepetazione

del dogma della biologia molecolare alla luce delle nuove conoscenze sul genoma

Geni

codificanti proteine), nei mammiferi rappresentano da 1/2 a 3/4 di tutti i trascritti

Ai geni che codificano proteine si affiancano geni che specificano per RNA non codificanti utili alla regolazione della espressione genica.

Stime odierne:

Geni umani codificanti per proteine sono un numero di 20.000-25.000

La maggior parte del genoma dei mammiferi è trascritta

Human 58% 98%

Mouse 55% 98%

Fruitfly 60% 71%

Worm 59% 56%

Yeast 70% 0.6%

Known or predicted transcribed

Noncoding percent of transcription

7Mb 100Mb 130Mb 2.6Gb 2.9Gb

Il 98% dell’output trascrizionale nei mammiferi è rappresentato da RNA che non verrà tradotto in aa

Geni:

 definizione/concetto

 struttura

 regolazione

La complessità del genoma si riflette sulla espressione dell’informazione genica e sulla definizione stessa di gene

I geni sono le

ereditarie

Il gene è

una regione di DNA trascritta che contiene istruzioni per la sintesi di una proteina, di un

RNA o ignota

FUNZIONI

DEI GENI

METABOLISMO 22%

INFORMAZIONE GENETICA 25%

STRUTTURA 21%

SEGNALI 12%

FUNZIONI TESSUTO-SPECIFICHE 20%

GENI PER RNA NON TRADOTTI

(rRNA 85%, tRNA 10%, RNA non-codificanti) Il gene è una delle tante istruzioni contenute in ogni cellula

2) Geni con limitazioni spazio-temporali nella espressione:

Espressione inducibile Stadio del differenziamento Stadio dello sviluppo Stadio del ciclo cellulare

TEMPO

Distribuzione intracellulare Singole cellule (specificità di cellula es. Ab)

Specificità per tessuto, tipo cellulare

Espressione diversa in diversi organi e tessuti

SPAZIO Ci possono essere:

1) Geni essenziali o geni housekeeping

Geni che devono essere espressi praticamente in tutti i tipi cellulari poiché codificano prodotti utili al funzionamento generale delle cellule, per es. alla sintesi proteica o alla produzione di energia

Promotore

Gene strutturale regione trascritta

Gene eucariota - la struttura nasconde complessità

I geni eucarioti hanno

una struttura discontinua 1977

Ibrido molecolare DNA-mRNA

Il gene ha una natura discontinua:

esoni tratti del gene indicati con E introni tratti del gene indicati con I

GENE - Struttura del gene eucariota tipo

E 1 I 1 E 2 I 2 E 3

+1

Tratto di DNA che viene trascritto o TRASCRITTO PRIMARIO

DNA

+1

E 1 E 2 E 3

TRASCRITTO PRIMARIO o pre-mRNA

Esone 1 Esone 2 Esone 3

AUG UGA

Proteina NH₂ COOH

I 1 I 2

ESONI (in giallo), intervallate da lunghi INTRONI (in grigio)

mRNA ^{AUG UGA}

Dimensione media geni

57.000 bp (57 kb) istoni 100-400 bp (0,1-0,4 kb) distrofina 2.220.000 bp (2,22 Mb)

ESONI

Numero medio 11

(minimo)-(massimo) 1 - 363 Dimensione media 280 bp INTRONI

Dimensione media ca. 6.000 bp

mRNA maturo (in media) Dimensione 3.000 basi Sequenza codificante 1.600 basi (56%) Proteina 540 AA

Nella realtà gli INTRONI sono molto più lunghi degli esoni

TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAA TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAA ATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTG ATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTG CGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCC CGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCC GAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGC GAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGC GCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTA GCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTA GAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCG GAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCG CGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCT CGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCT TAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCG TAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCG CTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCA CTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCA ATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCA ATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCA TGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTG TGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTG CATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGAC CATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGAC TGCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCAC TGCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCAC TACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAG TACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAG TCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACT TCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACT GCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGC GCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGC TCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGAT TCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGAT CAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATA CAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATA GGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTA GGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTA TTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGAT TTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGAT TACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCA TACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCA TCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCG TCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCG ATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATA ATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATA GGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAG GGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAG GCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCAT GCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCAT GCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCG GCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCG TATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGAT TATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGAT CTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGAT CTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGAT GCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCG GCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCG AGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTC AGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTC TAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATC TAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATC GAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAG GAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAG GCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACA GCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACA GAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCC GAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCC ATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCG ATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCG ATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCT ATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCT CGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCAT CGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCAT GACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCAT GACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCAT GACTGCATATGACGGACTCGCA

GACTGCATATGACGGACTCGCA

TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAA TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAA ATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTG ATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTG CGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCC CGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCC GAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGC GAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGC GCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTA GCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTA GAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCG GAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCG CGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCT CGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCT TAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCG TAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCG CTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCA CTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCA ATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCA ATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCA TGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTG TGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTG CATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGAC CATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGAC TGCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCAC TGCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCAC TACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAG TACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAG TCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACT TCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACT GCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGC GCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGC TCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGAT TCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGAT CAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATA CAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATA GGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTA GGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTA TTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGAT TTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGAT TACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCA TACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCA TCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCG TCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCG ATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATA ATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATA GGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAG GGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAG GCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCAT GCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCAT GCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCG GCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCG TATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGAT TATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGAT CTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGAT CTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGAT GCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCG GCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCG AGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTC AGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTC TAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGAT TAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGAT CGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTA CGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTA GGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTAC GGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTAC AGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCC AGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCC CATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATC CATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATC GATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGC GATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGC TCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCA TCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCA TGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCA TGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCA TGACTGCATATGACGGACTCGCA

TGACTGCATATGACGGACTCGCA

Nel “libro”

DNA ^,

le pagine sono scritte in

codice/i

GENE

TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAA TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAA ATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTG ATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTG CGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCC CGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCC GAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGC GAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGC GCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTA GCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTA GAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCG GAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCG CGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCT CGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCT TAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCG TAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCG CTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCA CTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCA ATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCA ATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCA TGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTG TGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTG CATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGAC CATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGAC TGCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCAC TGCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCAC TACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAG TACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAG TCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACT TCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACT GCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGC GCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGC TCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGAT TCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGAT CAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATA CAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATA GGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTA GGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTA TTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGAT TTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGAT TACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCA TACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCA TCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCG TCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCG ATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATA ATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATA GGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAG GGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAG GCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCAT GCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCAT GCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCG GCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCG TATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGAT TATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGAT CTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGAT CTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGAT GCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCG GCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCG AGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTC AGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTC TAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATC TAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATC GAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAG GAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAG GCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACA GCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACA GAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCC GAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCC ATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCG ATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCG ATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCT ATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCT CGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCAT CGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCAT GACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCAT GACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCAT GACTGCATATGACGGACTCGCA

GACTGCATATGACGGACTCGCA

TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAA TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAA ATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTG ATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTG CGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCC CGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCC GAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGC GAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGC GCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTA GCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTA GAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCG GAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCG CGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCT CGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCT TAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCG TAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCG CTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCA CTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCA ATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCA ATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCA TGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTG TGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTG CATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGAC CATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGAC TGCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCAC TGCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCAC TACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAG TACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAG TCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACT TCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACT GCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGC GCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGC TCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGAT TCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGAT CAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATA CAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATA GGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTA GGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTA TTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGAT TTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGAT TACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCA TACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCA TCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCG TCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCG ATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATA ATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATA GGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAG GGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAG GCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCAT GCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCAT GCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCG GCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCG TATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGAT TATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGAT CTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGAT CTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGAT GCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCG GCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCG AGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTC AGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTC TAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGAT TAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGAT CGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTA CGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTA GGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTAC GGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTAC AGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCC AGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCC CATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATC CATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATC GATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGC GATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGC TCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCA TCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCA TGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCA TGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCA TGACTGCATATGACGGACTCGCA

TGACTGCATATGACGGACTCGCA

GENE

  1 ccctgtggag ccacacccta gggttggcca atctactccc aggagcaggg agggcaggag 61 ccagggctgg gcataaaagt cagggcagag ccatctattg cttacatttg cttctgacac 121 aactgtgttc actagcaacc tcaaacagac accATGgtgc acctgactcc tgaggagaag 181 tctgccgtta ctgccctgtg gggcaaggtg aacgtggatg aagttggtgg tgaggccctg 241 ggcaggttgg tatcaaggtt acaagacagg tttaaggaga ccaatagaaa ctgggcatgt 301 ggagacagag aagactcttg ggtttctgat aggcactgac tctctctgcc tattggtcta 361 ttttcccacc cttaggctgc tggtggtcta cccttggacc cagaggttct ttgagtcctt 421 tggggatctg tccactcctg atgctgttat gggcaaccct aaggtgaagg ctcatggcaa 481 gaaagtgctc ggtgccttta gtgatggcct ggctcacctg gacaacctca agggcacctt 541 tgccacactg agtgagctgc actgtgacaa gctgcacgtg gatcctgaga acttcagggt 601 gagtctatgg gacccttgat gttttctttc cccttctttt ctatggttaa gttcatgtca 661 taggaagggg agaagtaaca gggtacagtt tagaatggga aacagacgaa tgattgcatc 721 agtgtggaag tctcaggatc gttttagttt cttttatttg ctgttcataa caattgtttt 781 cttttgttta attcttgctt tctttttttt tcttctccgc aatttttact attatactta 841 atgccttaac attgtgtata acaaaaggaa atatctctga gatacattaa gtaacttaaa 901 aaaaaacttt acacagtctg cctagtacat tactatttgg aatatatgtg tgcttatttg 961 catattcata atctccctac tttattttct tttattttta attgatacat aatcattata 1021 catatttatg ggttaaagtg taatgtttta atatgtgtac acatattgac caaatcaggg 1081 taattttgca tttgtaattt taaaaaatgc tttcttcttt taatatactt ttttgtttat 1141 cttatttcta atactttccc taatctcttt ctttcagggc aataatgata caatgtatca 1201 tgcctctttg caccattcta aagaataaca gtgataattt ctgggttaag gcaatagcaa 1261 tatttctgca tataaatatt tctgcatata aattgtaact gatgtaagag gtttcatatt 1321 gctaatagca gctacaatcc agctaccatt ctgcttttat tttatggttg ggataaggct 1381 ggattattct gagtccaagc taggcccttt tgctaatcat gttcatacct cttatcttcc 1441 tcccacagct cctgggcaac gtgctggtct gtgtgctggc ccatcacttt ggcaaagaat 1501 tcaccccacc agtgcaggct gcctatcaga aagtggtggc tggtgtggct aatgccctgg 1561 cccacaagta tcacTAAgct cgctttcttg ctgtccaatt tctattaaag gttcctttgt 1621 tccctaagtc caactactaa actgggggat attatgaagg gccttgagca tctggattct 1681 gcctaataaa aaacatttat tttcattgca atgatgtatt taaattattt ctgaatattt 1741 tactaaaaag ggaatgtggg aggtcagtgc atttaaaaca taaagaaatg atgagctgtt 1801 caaaccttgg gaaaatacac tatatcttaa actccatgaa agaaggtgag gctgcaacca 1861 gctaatgcac attggcaaca gcccctgatg cctatgcctt attcatccct cagaaaagga 1921 ttcttgtaga ggcttgattt gcaggttaaa gttttgctat gctgtatttt acattactta 1981 ttgttttagc tgtcctcatg aatgtctttt cactacccat ttgcttatcc tgcatctctc 2041 tcagccttga ct

Gene della beta-globina (Homo sapiens)

da 1 a 2052 nucleotidi Sequenza GenBank n. NM_000518

DNA a filamento doppio (l’altro si ricava per complementarità)

Cromosoma 12

acatttg cttctgacac aactgtgttc actagcaacc tcaaacagac accATGgtgc acctgactcc tgaggagaag tctgccgtta ctgccctgtg gggcaaggtg aacgtggatg aagttggtgg tgaggccctg ggcaggctgc tggtggtcta cccttggacc cagaggttct ttgagtcctt tggggatctg tccactcctg atgctgttat gggcaaccct aaggtgaagg ctcatggcaa gaaagtgctc ggtgccttta gtgatggcct ggctcacctg gacaacctca agggcacctt tgccacactg agtgagctgc actgtgacaa gctgcacgtg gatcctgaga ctcctgggca acgtgctggt ctgtgtgctg gcccatcact ttggcaaaga attcacccca ccagtgcagg ctgcctatca gaaagtggtg gctggtgtgg ctaatgccct ggcccacaag tatcacTAAg ctcgctttct tgctgtccaa tttctattaa aggttccttt gttccctaag tccaactact aaactggggg atattatgaa gggccttgag catctggatt ctgcctaata aaaaacattt at

mRNA maturo per la beta-globina

proteina beta-globina, catena beta della emoglobina e mioglobina

GENE

SEQUENZE TRASCRIVIBILI

SEQUENZE REGOLATRICI

PROMOTORE INTENSIFICATORI SILENZIATORI

Gene e sua funzione: Cosa fa accendere il gene?

UNITA’ DI TRASCRIZIONE

Tratto di DNA che codifica per una molecola di RNA e delle sequenze necessarie per la sua trascrizione

A “sfumare l’oggetto” gene e renderlo più un “CONCETTO” sta la parte regolatrice del gene

Gene networks - un gene può esprimere le proprie

informazioni solo nel contesto dell’intero genoma

della cellula

Promot 3 Promot 4 Promot 2

gene1 gene2 gene3 gene4

Promot 1

FATTORI DI TRASCRIZIONE

-

DNA

RNA

proteine

Come si esprime l’informazione?

Per i geni classici vedremo:

I meccanismi di Trascrizione e Traduzione Cosa è il Codice genetico

I principali meccanismi di CONTROLLO della espressione genica

Criteri:

tempestività economia

ovvero sintetizzare le proteine giuste al momento giusto e nella giusta quantità

DNA RNA proteine

replicazione o duplicazione

trascrizione della informazione

traduzione della informazione

"DNA makes RNA, RNA makes protein, and proteins make us."

Francis Crick

1. Trascrizione

Sintesi delle proteine

2. Traduzione tRNA rRNA

mRNA

TRASCRIZIONE (eucarioti)

“assemblaggio catalizzato”

Nella trascrizione l’informazione genetica contenuta nel DNA viene trascritta in una sequenza di RNA in base al principio della complementarietà delle basi

1- riconoscimento del gene da esprimere

2- individuazione di inizio e termine del gene specifico 3- trascrizione nella giusta quantità del gene

4- alto grado di fedeltà, cioè accuratezza è un processo controllato, regolato

poiché le necessità sono:

La trascrizione genera diversi tipi di RNA:

rRNA o RNA ribosomiale

tRNA o RNA transfer o RNA di trasporto

mRNA o RNA messaggero

HnRNA o RNA eterogeneo nucleare o pre-RNA

snRNA o piccoli RNA non codificanti

gene

proteina in crescita

aa legato al tRNA

ribosomi

Il processo è realizzato da enzimi chiamati RNA polimerasi DNA-dipendenti

Negli eucarioti:

RNA polimerasi I RNA polimerasi II RNA polimerasi III

rRNA : 28 S, 18 S, 5.8 S precursori degli mRNA, ncRNA, diversi snRNA tRNA e rRNA 5 S e alcuni snRNA

l’enzima si lega ad una sequenza sul DNA detta promotore

Promotore

RNA polimerasi

Direzione della trascrizione TRASCRIZIONE

PROMOTORE

TRASCRIZIONE:

fasi

RNA polimerasi

iniziazione

allungamento

terminazione

RNA polimerasi

ORIENTAMENTO DELLE UNITA’

5'

5'

3'

3'

5' ₃'

filamento CODING o SENSO

filamento STAMPO o TEMPLATE o ANTI SENSO

RNA POLIMERASI

VELOCITA’

ca. 40 nucleotidi al secondo

Es. gene distrofina lungo ca. 2.200.000 bp???

Quante ore per trascriverlo?

17 ore!

filamento non-senso serve da stampo

filamento senso basi

Entrambi i filamenti del DNA possono costituire stampo per la sintesi dell’RNA, in funzione del gene, saranno sempre letti in direzione 3'- 5', poiché la crescita del filamento di RNA di neosintesi è in direzione 5'-3'

5' 3'

5' Complementarietà delle basi

Meccanismo della trascrizione:

sintesi di RNA sulla base di uno stampo di DNA Enzima: RNA polimerasi

Trascrizione:

lo stampo di DNA è letto da 3' a 5', l’RNA è sintetizzato da 5' a 3'

1° nucleotide 2° nucleotide

5' 3'

3' 5'

1° nucleotide

Uscita del pirofosfato Formazione legame fosfodiesterico 5'

Codice = sistema di segnali, o segni, o simboli, che, per convenzione, è destinato a rappresentare una informazione tra la fonte dei segnali e il punto di destinazione.

Es. comunicare in codice/ c. linguistico, formato da suoni/ c.grafico, c.fiscale, c. a barre, c.morse, ecc.

Definizioni

Codice genetico

sequenza di codoni contenenti le informazioni genetiche del gene e determinanti la sequenza degli aa che origina la proteina in base alla lettura dei codoni stessi

CODICE GENETICO o

Codice di traduzione (1964)

codice genetico anni ‘60 Codice genetico è un codice a triplette di nucleotidi, detti codoni

I codoni specificano per gli aa. In totale 4³=64 codoni.

Caratteristiche del codice genetico

• il codice è ridondante

• il codice non è ambiguo

• il codice non ha punteggiatura ovvero interruzioni

• il codice è letto senza sovrapposizioni

• per interpretarlo è fondamentale la cornice di lettura o quadro di lettura (reading frame)

• il codice è universale (ad eccezione di quello dei mitocondri)

Trp Phe Gly

ACCAAACCG UGGUUUGGC

DNA

mRNA proteina Cornice di

lettura

TRADUZIONE TRASCRIZIONE

TRADUZIONE

“assemblaggio codificato”

Nella traduzione l’informazione genetica contenuta nella sequenza di codoni lungo l’mRNA viene decodificata o tradotta in una sequenza di aa costituenti la proteina, uniti in una sequenza precisa determinata dalla sequenza dei codoni

Protagonisti principali di questo processo:

mRNA tRNA ribosomi

porta nel citoplasma il messaggio genetico sotto forma di una specifica sequenza di codoni

sono gli interpreti del linguaggio

facilitano l’appaiamento specifico tra gli anticodoni del tRNA e i codoni dell’mRNA

Ribosomi (60% rRNA con azione catalizzante+proteine)

1. Hanno un sito di legame per l’mRNA.

2. Un sito P (peptidil-tRNA) che ospita il tRNA che porta la catena aminoacidica in allungamento.

3. Un sito A (aminoacil-tRNA) che ospita il tRNA a cui è legato il successivo aa da aggiungere.

4. Un sito E di uscita del tRNA scarico di aa.

mRNA

subunità maggiore subunità

minore

anticodone

sito di attacco per gli aa (sempre CCA) legami H tra basi complementari

tRNA

Attacco

dell’aa specifico in 3'OH del tRNA

L’enzima riconosce l’anticodone e lega l’aa opportuno

ha un aa “attivato”

Aminoacil-tRNA sintetasi

tRNA = adattatore aminoacido

CODONE tripletta di nucleotidi

codificante per 1 aa

Riconoscimento codone-anticodone

ANTICODONE

U G A

Inizio sintesi proteica

Allungamento sintesi proteica

Terminazione sintesi proteica

Met

5’ 3’

mRNA

AUG

Met

3’

Ser

5’

mRNA

Met-Ser Pro Met-Ser-Pro-Thr

5’

mRNA

Met-Ser-Pro-Thr-...-...-...-

UGA

STOP!

3’

NH3 COO^-

Per individuare il sito di INIZIO della TRADUZIONE: Sequenza consenso di M.Kozak: R--AUGG, R sta per una purina A o G

Destino proteico:

l’mRNA può essere tradotto

da ribosomi liberi o ribosomi legati al RER

nucleo

mitocondri cloroplasti

citoplasma

vescicole

secretorie lisosomi m.p.

RIBOSOMI LIBERI

RIBOSOMI SUL RETICOLO

ENDOPLASMATICO

Le proteine ed i loro segnali di smistamento

Proteina non ripiegata Proteina ripiegata

zona segnale sequenza segnale

Ad ogni segnale deve corrispondere un recettore proteico complementare

REGOLAZIONE ESPRESSIONE GENICA

eucarioti

Controllo o regolazione

della espressione genica negli EUCARIOTI Scopo:

differenziamento cellulare, ovvero espressione coordinata nel tempo

di geni diversi in cellule diverse.

Geni costitutivi cioè trascritti e tradotti in tutte le cellule Geni specifici attivati selettivamente da meccanismi di

regolazione genica

L’espressione genica è modulabile anche da segnali esterni che possono “accendere” o “spegnere” geni specifici.

Livelli di controllo sulla

espressione genica 1.pre-trascrizionale o

cromatinico 2. trascrizionale 3. post-trascrizionale

4. traduzionale

5. post-traduzionale

controllo sull’attività della proteina trascritto primario

di RNA (HnRNA)

mRNA

proteina DNA

proteina attiva o inattiva

- già nell’organizzazione della cromatina (eucromatina/eterocromatina) - in alcuni casi il silenziamento può essere invertito e i geni venire attivati attraverso processi che rendono la cromatina meno compatta

modificazioni strutturali della cromatina operate da COMPLESSI PROTEICI di rimodellamento ed enzimi

che modificano gli istoni:

modulazione della espressione genica

DNA

nel nucleo

Livello di controllo pre-trascrizionale o cromatinico (sul DNA) gene scelto

1

- sul suo riconoscimento ed aggancio al promotore - sulla sua efficienza nel trascrivere

regolazione su quale gene trascrivere e su quanto pre-RNA produrre

DNA

nel nucleo

Livello di controllo trascrizionale (da DNA a pre m-RNA):

il controllo si esercita sulla attività della RNA polimerasi.

2

PROMOTORE natura modulare

Sequenza nel DNA di almeno 40 nucleotidi, con affinità più o meno elevata per la RNA polimerasi, di solito posta a monte del gene.

Hanno:

siti di riconoscimento (es. TATA box) sito di legame stabile

sito di inizio della trascrizione

siti di regolazione (simili a intensificatori e/o silenziatori)

GENE

SEQUENZE REGOLATRICI

SEQUENZE TRASCRIVIBILI

PROMOTORE INTENSIFICATORI SILENZIATORI

Gene: Cosa fa accendere il gene?

Il PROMOTORE

Sequenza data dalla combinazioni di corti elementi solitamente collocati nella regione immediatamente a monte del gene, spesso entro 200 bp dal sito di inizio della trascrizione.

I PROMOTORI HANNO NATURA MODULARE!

Risposta: NECESSITA’ DI SEQUENZE SEGNALE

Enhancer ovvero intensificatori = aumentano la capacità di iniziare la trascrizione, intensificano la trascrizione

Sequenze tessuto-specifiche= in grado di attivare/inattivare trascrizione in rapporto alla trasduzione di segnali recepiti dall’esterno

Silenziatori = spengono o reprimono la trascrizione

La trascrizione ovvero la attività della RNA polimerasi sarà dovuta ad un bilancio complessivo tra fattori che

la favoriscono o la inibiscono.

SITI DI REGOLAZIONE, anche a grande distanza!

Si tratta di corte SEQUENZE di DNA

SEQUENZE di DNA riconosciute da

specifiche proteine dette FATTORI DI TRASCRIZIONE

“Dialogo”

tra sequenze regolatrici di DNA e proteine

FATTORI GENERALI o BASALI

di trascrizione

PROTEINE REGOLATRICI SPECIFICHE

Nella regolazione della trascrizione, ad attivare o reprimere la RNA polimerasi, intervengono

proteine di 2 tipi:

RNA polimerasi II

Inizio della trascrizione FATTORI GENERALI

di trascrizione

promotore

Questi fattori sono richiesti per l’inizio della trascrizione e sono simili per tutti i geni trascritti dalla RNApolimerasi II

TATA box TFIID TFIIB

DNA gene X

promotore

TATA box

TFIID TFIIB

DNA gene X

RNA polimerasi II

Sequenze regolatrici

PROTEINE REGOLATRICI SPECIFICHE

trascritto di RNA

Le proteine specifiche si possono legare a sequenze specifiche, anche lontane sia a valle che a monte del gene.

Il ripiegamento del DNA le porta poi vicine al promotore per influenzare la polimerasi.

Integrazione al PROMOTORE di:

- RNA pol

- fattori generali di trascrizione - serie multiple di proteine regolatrici

EFFETTO COMBINATORIO

Un singolo promotore può essere regolato da molte sequenze regolatrici sparse lungo il DNA e riconosciute da più proteine regolatrici

proteine regolatrici

+ + - +

sinergia trascrizionale Come agiscono i fattori di trascrizione o proteine regolatrici?

EFFETTO DI COORDINAZIONE

Una singola proteina regolatrice/fattore di trascrizione può regolare e quindi coordinare l’espressione genica di parecchi geni diversi

proteina regolatrice

Gene networks - un gene può esprimere le proprie

informazioni solo nel contesto dell’intero genoma

della cellula

Promot 3 Promot 4 Promot 2

gene1 gene2 gene3 gene4

Promot 1

FATTORI DI TRASCRIZIONE

-

DNA

RNA

proteine

pre-mRNA o HnRNA mRNA (maturo) nel nucleo

Livello di controllo post-trascrizionale (da pre m-RNA a mRNA):

-controllo sulla elaborazione dell’mRNA,

la maturazione comporta 3 tipi fondamentali di modificazioni chimiche del trascritto primario a ottenere mRNA maturo - controllo del trasporto dell’mRNA al citoplasma e sulla sua stabilità nel citoplasma (importante il 3’UTR)

3 4

Eventi post-trascrizionali:

dal preRNA all’mRNA 1- aggiunta del CAP (m⁷G)

aggiunta in 5’ di una 7metil-guanosina:

preserva il trascritto dalla degradazione ed è segnale di aggancio per il ribosoma

3- splicing

processo di taglia e cuci per eliminare gli introni

2- poli-adenilazione in 3’OH

aggiunta di una coda di poliA (200-250):

aiuta il passaggo al citoplasma, influenza la stabilità dell’mRNA

DNA TATA

PROMOTORE

+1 -25

E 1 E 2 E 3

Trascritto Primario o pre-mRNA

Esone 1 Esone 2 Esone 3

AUG UGA

I 1 I 2

Da pre-mRNA a mRNA maturo!!!

mRNA CAP ^{AUG UGA}

5’

aaaaaaaaa 3’

SPLICING= TAGLIA E CUCI degli introni/esoni

Spliceosoma = complesso ribonucleoproteico

150 proteine, 5 RNA snRNA (50-200 nucleotidi): U1, U2, U4, U5, U6 Dimensioni simili ad un ribosoma

snRNA

small nuclear RNA

Proteine

snRNPs

SPLICING ALTERNATIVO: lo splicing mostra una notevole flessibilità

1 2

1 2

1 2 1 Aggiunta di un esone 2

Aggiunta di un tratto intronico

Esclusione a vicenda di esoni

Sito di splicing interno

Splicing alternativo

può produrre forme diverse di mRNA e dunque di una proteina dallo stesso gene

Calcitonina= ormone che riduce la concentrazione del Ca²⁺nel plasma prodotto dalla tiroide

CGRP= peptide correlato alla calicitonina, potente vasodilatatore che può intervenire nella trasmissione del dolore su sistema nervoso periferico e centrale

Variazioni

al modello standard di gene:

un gene un mRNA una proteina

Un singolo gene è un genoma in miniatura

un LOCUS più prodotti genici alternativi

L’mRNA al termine della maturazione presenta:

- Regione non tradotta in 5´, 5´ UTR o leader - Regione codificante, CDS (coding sequence) - Regione non tradotta in 3´, 3´ UTR o trailer

N C

PROTEINA

TRADUZIONE

CAP AAAAA

5’UTR 3’UTR

5’ 3’

SEQUENZA CODIFICANTE AUG

mRNA MATURO

CDS UAA_UGA UAG STOP DOPO MATURAZIONE

Funzione delle regioni dell'mRNA

5´UTR Efficienza della traduzione CDS Traduzione (1%)

3´UTR Stabilità (velocità di degradazione;

concetto di emivita da pochi minuti a 20-30 ore)

mRNA (maturo) 5

proteina nel citoplasma

5. Livello di controllo traduzionale (da m-RNA a proteina):

Operato da fattori proteici che possono influire sull’inizio della traduzione e quindi modularla, legandosi alla regione 5´UTR e magari “mascherandola” al ribosoma

6. Livello di controllo post-traduzionale (sulla proteina):

- controllo sulla modificazione delle proteine sintetizzate -controllo del ripiegamento (aiutato da proteine chaperon) e trasporto nella cellula al sito di funzione

6

proteina attiva

Livello di controllo post-traduzionale (sulla proteina):

modificazione delle proteine sintetizzate che risultano essenziali perché la proteina possa funzionare

Fosforilazione in TIROSINA TREONINA SERINA

Il nuovo “dogma”

ncRNA

microRNA A modulare la espressione genica delle proteine cellulari intervengono anche i geni non codificanti proteine o ncRNA (non coding RNA)

Ipotesi

ncRNA non sono semplice “rumore trascrizionale”, ma

più probabilmente svolgono

coinvolti in numerosi processi cellulari e biologici, in

particolare durante lo sviluppo e il differenziamento

 Gruppo eteogeneo per dimensioni e funzione:

difficile classificazione

 Caratterizzati spesso da una alta densità di codoni di STOP e quindi dalla assenza di ORF (cornici di lettura aperte) estese

 Grande importanza per il ruolo da protagonisti nella REGOLAZIONE GENICA

 Possono formarsi dalle zone introniche di geni coding o da vere e proprie unità geniche

 Sempre di più nei database internazionali

ncRNA - generalità

 La loro trascrizione ed elaborazione è sottoposta a controllo

ncRNA - meccanismi

Silenziamento genico post-trascrizionale: stabilità mRNA Attraverso meccanismi di “Interferenza da RNA”

Cambiamenti nei livelli di espressione degli ncRNA sono associati con forme diverse di cancro e patologie neurodegenerative

Modulazione della trascrizione (interazioni a triplice elica)

Dinamica della struttura della cromatina (regolatori epigenetici)

Regolazione espressione genica

ncRNAs

snoRNA

alcuni non noti

~20-300 nt

~300->10.000 nt

~18-25 nt

3-Medium e large RNAs

1- microRNA siRNA

Studi funzionali Nuovi ncRNAs

funzionali

F.F. Costa

“Non-coding RNAs: lost in translation?”

Gene 386 (2007) 1-10

ncRNAs

3-Medium e large RNAs

~18-25 nt - silenziamento genico post- trascrizionale (interferenza da RNA)

~300 - >10000 nt - inattivazione X - regolazione trascrizionale

~20- 300 nt

- modificazioni in RNA - regolazione trascrizionale - ruolo strutturale

2- small RNA snoRNA,

1- microRNA siRNA

miRNA micro-RNA

Regolazione post-trascrizionale sequenza-specifica dell’espressione genica; associata a differenziamento e

Da precursori più lunghi (70nt) ripiegati a forcina

Come si formano?

Questa sorta di trascritti primari sono tagliati da un complesso enzimatico “Dicer”

I miRNA (20-22nt) sono così trasportati al proprio bersaglio molecolare dal complesso proteico RISC

miRNA+

RISC

miRNA micro-RNA: meccanismi di azione

Regolazione post-trascrizionale:

1. Degradazione mRNA

2. Blocco della traduzione

2 Quasi perfetta

complementarietà al bersaglio (20-22 basi)

Brevi tratti di complementarietà al bersaglio (6-8 basi)

dsRNA

miRNA

Curiosità e spunti:

• la maggioranza di quelli specificamente espressi in

durante il proseguo dello sviluppo embrionale

• molti specificamente implicati nello sviluppo del cervello come dimostrato in diversi lavori sul modello murino

• altri legati a sviluppo di cancro: agirebbero come

122a)

Andrew Fire, 47 anni Stanford California

Craig Mello, 46 anni Massachusetts Medical School

Premio Nobel per la medicina 2006

Nature, feb. 1998

“Potent and specific genetic interference by double- stranded RNA (dsRNA)

in Caenorhabditis elegans”

Cosa si intende per RNA interference (RNAi)

Sistema di silenziamento genico basato su RNA

RNAi è un processo mediante il quale RNA a doppio filamento (double strand RNA o dsRNA) silenzia, in modo sequenza-specifico, l’espressione di geni omologhi per sequenza attraverso l’appaiamento con l’mRNA bersaglio, seguito dalla sua degradazione; quindi:

silenziamento post-trascrizionale.

E’ un meccanismo conservato a livello evolutivo di degradazione specifica di mRNA bersaglio che avviene in 2 stadi:

1°stadio-iniziale. I dsRNAs sono processati da un enzima dimerico, DICER (RNasiIII). Si generano i siRNAs.

2°stadio-effettore. siRNAs o small interfering RNA (< 22nt), vengono incorporati in un secondo complesso enzimatico (endonucleasico), RISC (complesso di silenziamento indotto da RNA) che degrada uno dei due

filamenti e usa l’altro per riconoscere, in base all’appaiamento delle basi, il substrato da degradare attraverso l’azione in base alla complementarietà delle basi.

dsRNA

siRNA

Modello degli stadi dell’RNAi: i siRNAs

RNAsi ATP-dip.

+ RISC (elicasi ATP-dip.) DICER

Riconoscimento dell’mRNA bersaglio

siRNA

AAAA

HnRNA

proteina X DNA

ncRNA AAAA

Fattore di trascrizione proteina nucleare

mRNA +/- _

Tutte le molecole di RNA trascritte a partire da un

genoma ANCHE GLI ncRNAs

Tutte le proteine codificate dal genoma ANCHE QUELLE A LOCALIZZAZIONE NUCLEARE Trascrittoma

Proteoma

INTERATTOMA COMPLESSO fondamentale nella regolazione

della espressione genica

Immagine mentale della attivazione dei geni lungo il DNA- i geni lungo il DNA sono come “luci di Natale” lungo la matassa dei fili: si accendono e si spengono ad intermittenza e con una intensità che va da MASSIMA luminosità a MINIMA luminosità e può essere modulata cioè regolata sia nella qualità che nelle quantità.