Regolazione dell’Espressione Genica

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Regolazione dell’Espressione Genica

Puo’ essere regolata in una delle seguenti sei fasi:

DNA RNA

transcript

mRNA mRNA

inactive mRNA

protein

NUCLEUS CYTOSOL

trascrizione Maturazione trasporto traduzione degradazione

controllo dell’attivita’

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Ferro

• Fe

• Peso Molecolare 56

• Puo’ essere 2+ o 3+

– Ferroso (2+) “ridotto” - ha acquistato un elettrone – Ferrico (3+) “ossidato” - ha perso un elettrone

– Fe

⁺⁺⁺

+ e

^-

 Fe

⁺⁺

• I due stati redox gli permettono di passare elettroni

• I cambi redox sono necessari per il suo

metabolismo

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Funzioni del ferro

• Trasportatore di ossigeno

– emoglobina

• Immagazzina l’ossigeno

– Mioglobina

• Produzione di energia

– citocromi

– Enzimi del ciclo di Krebs

• altri

– detossificazione (cytochrome p450)

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Tossicita’ del ferro

• Puo’ danneggiare i tessuti

• Catalizza la conversione di acqua ossigenata a radicali liberi

• radicali liberi possono attaccare:

– membrane – Proteine – DNA

• Iron excess possibly related to cancers, cardiac

toxicity and other factors

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Distribuzione del ferro

• 35 – 45 mg / kg di ferro nel maschio adulto

• Total approx 4 g

– emoglobina - 50%

– mioglobina – 7%

– ferritina - 30%

• Bone marrow (7%)

• Reticulo-endothelial cells (7%)

• Liver (25%)

– Altre proteine con eme - 5%

• Cytochromes, myoglobin, others

– siero - 0.1%

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Trasporto del ferro nel sangue

• Globuli rossi

– Come emoglobina

– Non puo’ essere scambiato

• Plasma

– Legato alla Transferrina – Lo trasporta in vari organi

– eg between gut, liver, bone marrow, macrophages

– Captato dalle cellule dai recettori della transferrina

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Transferrina

• Protein MW 77,000

• Sintetizzata nel fegato. E’ un dimero

• Ogni molecola lega 2 Fe

³⁺

(ossidato)

• Contiene il 95% del ferro sierico.

• il 30% e’ saturata con il ferro.

• La sua produzione diminuisce con tanto ferro.

• La sua produzione aumenta con poco ferro.

• Measured in blood as a marker of iron status.

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Recettori della transferrina

• Prendono il ferro dalla transferrina e lo inviano dentro la cellula

– Riconoscono e legano la transferrina

– Il complesso transferrina-recettore e’ in globato (endocitosi)

– Ferro rilasciato nella cellula attraverso un trasportatore (DMT1)

– Il complesso transferrina-recettore ritorna in superfice

– La transferrina e’ rilasciata

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Stoccaggio del ferro - Ferritina

• Conserva il ferro in tutte la cellule.

• MW 460,000.

• Involucro superficiale: apoferritina, consiste di 22 subunita’

• All’interno c’e’ il ferro.

• 20% iron by weight, binding up 4,500 atoms of iron per molecule.

• Small fraction found in circulation (contains less

than 1% of serum iron).

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Perdita del ferro

• Non e’ regolata

• Non ci sono meccanismi per rallentarla o accellerarla

• Troppo ingerimento di ferro non puo’ essere compensato da una maggiore perdita

• Troppo poco ferro nella dieta non puo’ essere compensato da una minore perdita

• Percio’ l’omeostasi del ferro e’ regolata a livello

del suo assorbimento

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• Nell’omeostasi - l’assorbimento di ogni elemento deve eguagliare la sua perdita

– nitrogen, water, salt, iron

• Sbilanciamenti anche lievi possono creare forti eccessi o carenze

• 1% di eccesso al giorno porta al raddoppio in 70 giorni

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Assorbimento del ferro

• 1 – 2 mg di ferro assorbiti al giorno

• (quindi 1 – 2 mg di ferro lasciano il corpo ogni giorno)

• Occorre nel duodeno

• Assorbito come ferro ionico o emico

• Solo il 10% del ferro degli alimenti e’

assorbito

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Assorbimento del ferro emico

• L’eme e’ staccato dalla globina nell’intestino

• Assorbito dagli enterociti come eme

• Liberato dall’eme negli enterociti

• Rappresenta la meta’ del ferro presente nella dieta (in occidente)

• Not well understood

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Assorbimento del ferro

• DcytB

– Riduzione Fe

⁺⁺⁺

a Fe

⁺⁺

• DMT1

– Trasporto nella cellula

• Ferritina

– Immagazzinamento nella cellula

• Hephaestin

– ossida Fe

⁺⁺

a Fe

⁺⁺⁺

• Ferroportin

– Lo trasporta fuori

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Controllo del livello di ferro nella cellula

•

Il ferro e’ un nutriente essenziale

• La cellula lo usa per : citocromi, emoglobina e molti enzimi.

• Il ferro in eccesso e’ causa di formazione di radicali liberi

• Quindi il livello di ferro deve essere controllato

accuratamente.

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Fe ²⁺

Sangue

Fe ³⁺

Transferrin (trasporto)

Transferrin receptor (ingresso)

Ferritin (Stoccaggio)

Regolazione di proteine

trasportatrici/immagazzinamento del ferro

• Quando il ferro e’ in eccesso la cellula deve diminuire il livello del recettore e aumentare quello della ferritina.

• La cellula ottiene questo mediante regolazione della traduzione,

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Controllo della Traduzione

1. Repressione - es. Iron Response Element della ferritina 2. Stabilizzazione- es. IRE del recettore della transferrina

Ferritina - Lega il Ferro e lo conserva

Recettore della Transferrina (TFR)- trasporta il ferro nella cellula Se il Ferro e’ nella cellula - Si Ferritina, No TFR

Se non c’e’ Ferro - Si TFR, No Ferritina

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M

Fe m⁷G

Iron Response Element

IRE-BP (cytosolic aconitase)

Fe

M

Fe

Ferritin mRNA

Coding region AUG

1. Repressione :-Ferro, ferritina NO

2. Attivazione:+ Ferro, ferritina SI

M

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m⁷G

Fe

M

Fe

TFR mRNA

1. Stabilizzazione:- Ferro, TFR SI

2. Degradazione:+ Ferro, TFR NO

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m⁷G

TFR mRNA

1. Stabilizzazione:- Ferro, TFR SI

2. Degradazione:+ Ferro, TFR NO

Fe

RNAse

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Il ferro previene il legame di una proteina di 90 kDa ad uno o piu’ Iron Response Elements.

•Recettore della Transferrina.

Stem loop al 3’. La presenza dello stem loop causa la degradazione dell’mRNA

Ferritina

Stem loop al 5’. La presenza della proteina sullo stem loop causa il blocco della traduzione.

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Purificazione degli

Intermedi della

traduzione

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CICLOEXIMMIDE: interferisce con La reazione della peptidil transferasi (arresto dei ribosomi 80S sull’AUG) GMP-PNP (Analogo del GTP pero’

Non-idrolizzabile): GTP richiesto per

L’unione della subunita’ 60S al complesso 40S/mRNA

CAP analogo:inibisce il legame della 40S all’mRNA

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CENTRIFUGAZIONE IN GRADIENTE DI DENSITA’

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WT-IRE: IRE come e’ nella Ferritina

C-IRE: IRE con una delezione

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Componenti del Complesso Che lega il CAP

NOTA BENE: all’inizio della traduzione il legame della 40S all’mRNA richiede

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Il Ferro regola l’associazione dei poliribosomi sull’mRNA della ALA sintetasi

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Fe

²⁺

+ H

₂

O

₂

Fe

³⁺

+ OH- + OH°

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La presenza di acqua ossigenata o ossido nitrico rende attiva IRP-1 (che e’ la IRE binding Protein piu’ abbondante) che quindi causa un aumento del recettore della transferrina

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DMT1 DMT2

Quindi DMT1 e’

l’unico regolabile dal Ferro

Divalent Metal Transporter

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DMT2 DMT1 Se non e’ presente abbastanza Fe

nella cellula del Duodeno viene indotta la sintesi di DMT1

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Concentrazioni elevate di Ferro nella cellula sono richieste da cellule proliferanti