18. LA CROMATINA E IL CONTROLLO TRASCRIZIONALE DELLA ESPRESSIONE GENICA!

DR. GIUSEPPE LUPO!

Il DNA Eʼ ORGANIZZATO IN CROMOSOMI!

I CROMOSOMI SONO !COSTITUITI DA CROMATINA: !

DNA ASSOCIATO A PROTEINE.!LO STATO DI CONDENSAZIONE !

DELLA CROMATINA VARIA!DURANTE IL CICLO CELLULARE!

FUNZIONI DEI CROMOSOMI!

1)  Permettono di compattare il DNA allʼinterno del nucleo.!

2)  Permettono di suddividere il DNA alle cellule figlie durante la divisione cellulare.!

3)  Permettono di organizzare il DNA in una struttura ordinata che puoʼ essere accessibile in maniera regolata.!

IN CELLULE DIPLOIDI I CROMOSOMI !SONO PRESENTI IN COPPIE DI OMOLOGHI!

II CORREDO CROMOSOMICO (CARIOTIPO) PUOʼ ESSERE !CARATTERIZZATO MEDIANTE OPPORTUNE COLORAZIONI!

ANOMALIE CROMOSOMICHE POSSONO ESSERE !EVIDENZIATE DALLʼANALISI DEL CARIOTIPO!

OGNI CROMOSOMA CONTIENE UNʼUNICA !MOLECOLA DI DNA, SU CUI SI ALTERNANO GENI

E DNA NON CODIFICANTE!

I CROMOSOMI ASSUMONO STATI DIVERSI NELLE VARIEFASI DEL CICLO CELLULARE!

CROMATINA!DECONDENSATA!

CONDENSAZIONEDEI CROMOSOMI!

ORIGINI DI REPLICAZIONE, CENTROMERI E TELOMERI!SONO NECESSARI PER LA REPLICAZIONE E SEGREGAZIONE !

DEI CROMOSOMI DURANTE LE DIVISIONI CELLULARI!

NEI CROMOSOMI MITOTICI LA CROMATINA!Eʼ FORTEMENTE CONDENSATA!

Ciascun cromatidio!eʼ ereditato da ognuna!

delle cellule figlie!

Il centromero permette!la segregazione dei cromatidi!

NEI CROMOSOMI INTERFASICI LA CROMATINA Eʼ!ORGANIZZATA SPAZIALMENTE ALLʼINTERNO DEL NUCLEO!

FUNZIONI:! i) mantenere separati i diversi cromosomi;!

ii) organizzare la cromatina in domini funzionali !

NEL NUCLEOLO SI RAGGRUPPANO I SEGMENTI DI DNA!CHE CODIFICANO PER RNA RIBOSOMALI!

NELLʼINTERFASE LA CROMATINA Eʼ MENO CONDENSATA!CHE NEI CROMOSOMI MITOTICI!

IL DNA Eʼ AVVOLTO ATTORNO A COMPLESSI PROTEICI!NEI NUCLEOSOMI!

Fibra da 30 nm!

Nucleosoma!

I NUCLEOSOMI SONO UN PRIMO LIVELLO DI ORGANIZZAZIONE DELLA !CROMATINA CHE RIDUCE LA LUNGHEZZA DEL DNA A UN TERZO !

DI QUELLA INIZIALE!

I NUCLEOSOMI SONO COSTITUITI DA DNA AVVOLTO ATTORNO!A UN OTTAMERO DI PROTEINE ISTONICHE!

Gli Istoni sono proteine!ricche di aa a carica positiva che !interagiscono con il DNA carico!

negativamente!

UN ISTONE DI CONNESSIONE PERMETTE !LʼAGGREGAZIONE DEI NUCLEOSOMI !

LA CONDENSAZIONE DELLE CROMATINA AVVIENE ATTRAVERSO!DIVERSI LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE!

LA STRUTTURA DEI NUCLEOSOMI Eʼ REGOLATA! IN MODO DINAMICO PER PERMETTERE ʻACCESSO AL DNA!

La posizione del nucleosoma eʼ stata!modificata esponendo parte del DNA!

MODIFICANDO LA POSIZIONE DI DIVERSI NUCLEOSOMI !Eʼ POSSIBILE CAMBIARE LOCALMENTE LO STATO DI!

CONDENSAZIONE DELLA CROMATINA!

La posizione del nucleosoma eʼ stata!modificata esponendo parte del DNA!

LE CODE N-TERMINALI DELLE PROTEINE ISTONICHE !POSSONO SUBIRE MODIFICAZIONI COVALENTI REVERSIBILI!

Aggiunta di!gruppi metile –CH3!

Aggiunta di!gruppi fosforici –PO4!

Aggiunta di!gruppi acetile –CH2–CH3!

LE MODIFICAZIONI DELLE CODE ISTONICHE POSSONO! INFLUIRE SULLA CONDENSAZIONE DELLA CROMATINA!

E REGOLARE LʼACCESSO AL DNA!

CODICE ISTONICO: regola interazioni elettrostatiche DNA-Istoni, e la!capacitaʼ di attrarre proteine regolatorie che modificano localmente !

la condensazione della cromatina!

Lisina: contiene NH3+; aggiunta di!gruppo acetile –CH2–CH3 scherma carica positiva!

e riduce interazione con DNA!

LA CROMATINA DEL CROMOSOMA INTERFASICO PRESENTA!LOCALMENTE DIVERSI LIVELLI DI CONDENSAZIONE!

ETEROCROMATINA:!cromatina fortemente condensata;!

conduce a silenziamento !dellʼattivitaʼ genica!

EUCROMATINA:!cromatina meno condensata;!puoʼ permettere attivazione!

dellʼespressione genica!

IL GRADO DI CONDENSAZIONE DELLE CROMATINA !INFLUISCE FORTEMENTE SULLʼATTIVITAʼ DEI GENI!

Geni localizzati in prossimitaʼ !di zone eterocromatiniche!possono venire silenziati!

LA FORMAZIONE DI ETEROCROMATINA REGOLA LʼINATTIVAZIONE!DI UNO DEI DUE CROMOSOMI X IN CELLULE FEMMINILI!

LE VARIAZIONI DELLA STRUTTURA DELLA!CROMATINA SONO EREDITABILI!

(EREDITAʼ EPIGENETICA)!

PATRIMONIO GENETICO ED ESPRESSIONE GENICA:!LO STESSO GENOTIPO PUOʼ CODIFICARE !

PER FENOTIPI MOLTO DIVERSI!

CELLULE DIVERSE DI UN ORGANISMO !CONTENGONO LO STESSO DNA!(ESPERIMENTI DI CLONAZIONE)!

IL DNA CONTENTUTO IN UNA CELLULA SPECIALIZZATA Eʼ IN GRADO!DI DIRIGERE LA FORMAZIONE DI UN ORGANISMO INTERO!

ESPERIMENTI DI CLONAZIONE NELLE PIANTE!

ESPERIMENTI DI TRAPIANTO NUCLEARE E!CLONAZIONE NEI MAMMIFERI!

IL FENOTIPO CELLULARE Eʼ CONTROLLATO DALLʼATTIVAZIONE!DI PORZIONI DIVERSE DEL DNA IN CELLULE DIVERSE!

IL CONTROLLO DELLʼATTIVITAʼ (ESPRESSIONE) GENICA!PUOʼ ESSERE REGOLATO A DIVERSI LIVELLI!

ALCUNE PROTEINE SONO IN GRADO DI RICONOSCERE E !LEGARE SPECIFICHE SEQUENZE DI DNA A LIVELLO DELLE!

REGIONI REGOLATORIE DEI GENI (FATTORI DI TRASCRIZIONE)!

I fattori di trascrizione riconoscono le

sequenze bersaglio sul DNA mediante interazioni non covalenti molto specifiche fra la

struttura amminocidica del fattore di

trascrizione e quella nucleotidica del DNA!

LA STRUTTURA PROTEICA TRIDIMENSIONALE DEI FATTORI!DI TRASCRIZIONE PERMETTE LʼASSOCIAZIONE STABILE AL DNA!

Gli amminoacidi critici per il riconoscimento

della sequenza nucleotidica bersaglio

possono inserirsi allʼinterno dei solchi nella doppia elica di

DNA e contattare basi specifiche!

CELLULE BATTERICHE RAPPRESENTANO MODELLI SPERIMENTALI VANTAGGIOSI PER LO STUDIO DELLA REGOLAZIONE

TRASCRIZIONALE: Lʼespressione dei geni per una via metabolica puo ̓essere direttamente regolata dalla presenza del precursore o del

metabolita!

I geni che codificano per gli enzimi che producono il triptofano vengono repressi se nellʼambiente eʼ presente triptofano!

Nei batteri, i geni che codificano per gli enzimi di una stessa via metabolica possono trovarsi vicini nel DNA ed essere trascritti

insieme in un unico mRNA (OPERONE)!

LʼOPERATORE DEL TRIPTOFANO: Il triptofano attiva un repressore trascrizionale che reprime la trascrizione dei

geni per la sintesi del triptofano !

Proteina allosterica:!la sua conformazione e

attivitaʼ cambiano in seguito allʼinterazione

con un ligando!

Il repressore del triptofano eʼ un fattore

di trascrizione (repressore

trascrizionale)!

I FATTORI DI TRASCRIZIONE POSSONO ANCHE !FUNZIONARE DA ATTIVATORI TRASCRIZIONALI!

In assenza del fattore di trascrizione la

polimerasi non puoʼ legare in modo

efficiente il promotore e iniziare la trascrizione!

LʼOPERONE DEL LATTOSIO VIENE REGOLATO DA DUE SEGNALI ATTRAVERSO UN FATTORE DI TRASCRIZIONE

ATTIVATORE E DI UN REPRESSORE!

NEGLI EUCARIOTI I FATTORI DI TRASCRIZIONE !POSSONO AGIRE ANCHE A DISTANZA!

NEGLI EUCARIOTI I FATTORI DI TRASCRIZIONE POSSONO REGOLARE LʼESPRESSIONE GENICA MODIFICANDO LOCALMENTE

LA STRUTTURA DELLA CROMATINA!

Il fattore di trascrizione recluta enzimi che

modificano gli istoni!

Il fattore di trascrizione recluta proteine che

modificano il posizionamento dei

nucleosomi!

LA TRASCRIZIONE DEI GENI EUCARIOTICI VIENE !REGOLATA CON MECCANISMI DI TIPO COMBINATORIO!

LE REGIONI REGOLATORIE DEI GENI EUCARIOTICI !SONO ORGANIZZATE IN MANIERA MODULARE!

SITI DI LEGAME PER DIVERSI FATTORI DI TRASCRIZIONE!(ATTIVATORI E/O REPRESSORI)!

UN FATTORE DI TRASCRIZIONE PUOʼ REGOLARE !LʼESPRESSIONE DI MOLTI GENI DIVERSI INTERAGENDO CON ALTRI !

FATTORI DI TRASCRIZIONE A LIVELLO DI CIASCUN GENE!