CONCETTI GENERALI DI GENETICA EUCARIOTI : organismi nei quali il materiale genetico e localizzato nel nucleo e protetto da una membrana. Il materiale genetico e distribuito in cromosomi lineari. Le cellule eucarioti diploidi hanno un doppio assetto cromosomico proveniente ognuno da un genitore. I membri di una coppia di cromosomi sono detti omologhi. Il set completo di cromosomi viene definito cariotipo MITOSI : processo di divisione cellulare delle cellule eucariote indicato con M nel ciclo cellulare cio ( G1, S, G2, e M ). La mitosi determina la produzione di 2 nuclei figli che contengono le stesso corredo cromosomico della madre e sono identici tra loro. MEIOSI : la meiosi avviene in tutti gli eucarioti che si riproducono sessualmente. Una cellula specializzata in seguito a un ciclo di replicazione del DNA e a 2 divisioni cellulari da origine a 4 cellule apolidi ciascuno con un unico set cromosomico. La meiosi genera variabilit genetica attraverso i processi per i quali i cromosomi paterni e materni vengono riassorbiti in un processo noto come crossing-over.

DNA GENI E CROMOSOMI Il DNA ( a. deossiribonucleico )e il materiale genetico di tutti gli esseri viventi. Il DNA e formato da due eliche ognuna delle quali e costituita da NUCLEOTIDI ( deossiribosio + gruppo fosfato + base azotata ) Cio sono 4 BASI . ADENINA , CITOSINA , GUANINA , TIMINA ( A e T DOPPIO LEGAME ) , ( G e C TRIPLO LEGAME ). Nella cellula il materiale genetico e organizzato in CROMOSOMI RNA ( a. ribonucleico ) e il materiale genetico di alcuni virus batterici o eucariotici. LRna presenta una sola elica e sostituisce alla timida lURACILE. La struttura complessiva dei nucleotidi e la stessa solo che non contiene deossiribosio ma ribosio. LESPRESSIONE DELLINFORMAZIONE GENICA I geni forniscono le istruzioni per la creazione delle proteine specifiche. Questo processo consta di 2 fasi principali: TRASCRIZIONE: Il DNA si separa in eliche singole e un enzima chiamato RNA POLIMERASI copia in RNA una delle due eliche di DNA. Nei procarioti sono prodotte tre classi di RNA : MESSAGGERO , TRANSFER , RIBOSOMIALE. Negli eucarioti a queste tre classi dobbiamo aggiungerne una quarta : snRNA (small nnuclear). TRADUZIONE : e il processo secondo il quale le informazioni presenti sotto forma di sequenze di basi dellRNA vengono convertite in una proteina specifica allinterno del RIBOSOMA ( RNA + proteine )

ORGANIZZAZIONE DEL DNA E DEI CROMOSOMI CROMATINA : complesso di DNA e proteine cromosomiche che costituiscono i cromosomi STRUTTURA DELLA CROMATINA : 2 tipo di proteine sono associate al DNA nella cromatina e sono proteine ISTONICHE e NON ISTONICHE. Gli ISTONI sono le proteine piu abbondanti associate a cromosomi. 5 tipi di ISTONI sono associati al DNA e sono: H1 , H2A , H2B , H3 , H4. Le proteine NON ISTONICHE sono tutte quelle proteine associate al DNA che non sono istoni. NUCLEOSOMA : struttura di istoni attorno al quale si avvolge il DNA. E costituito dagli istoni H2A , H2B , H3 , H4 che possono autoaggregarsi a formare un OTTAMERO. I nucleosomi sono connessi tra loro da sequenze di DNA LINKER e da molecole dellistone H1 noto anche come istone linker. ETEROCROMATINA ED EUCROMATINA: Il grado di impacchettamento del DNA si modifica lungo il procedere del ciclo cellulare. Alla metafase della mitosi e della meiosi la cromatina raggiunge il piu elevato grado di condensazione. Attraverso l afase G1 di intergase, la cromatina si rilascia e alla fase S si trova nella condizione di massima dispersione. In G2 ricomincia la condensazione della cromatina che arrivera al grado di compattamento elevato alla metafase nel nuovo ciclo. Storicamente sono state definite due forme di cromatina: EUCROMATINA : rappresenta cromosomi o regioni cromosomiche che presentano una normale alternanza di condensazione e decondensazione durante il ciclo. La maggior parte del menoma di una cellula attiva e eucromatina. Leucromatina e tipicamente trascritta attivamente il che significa che i geni in essa contenuti posso essere espressi.. le regioni eucromatiniche sono generalmente prive di sequenze ripetute. ETEROCROMATINA : rappresenta cromosomi o regioni cromosomiche che generalmente rimangono condensate lungo tutto il ciclo. I geni dell eterocromatina sono generalmente inattivi Vi sono 2 tipi di eterocromatina: ETEROCROMATINA COSTITUTIVA : consiste per la massima parte di DNA ripetuto ed e semplificata dalle regioni centromeriche. ETEROCROMATINA FACOLTATIVA : rappresenta segmenti di eucromatina condensati e di conseguenza inattivi. Un noto esempio di eterocromatina facoltativa e rappresentato dai corpi di BARR.

DNA CENTROMERICO E TELOMERICO : CENTROMERI : sono le sequenze di DNA localizzate accanto al punto di attacco delle fibre del fuso mitotico o meiotico. Essa e responsabile della precisa segregazione dei cromosomi TELOMERO : e indispensabile alla replicazione e alla stabilita del cromosoma . Le regioni telomeriche sono generalmente eterocromatiche Tutti i telomeri di una specie presentano della zone in comune che possono essere suddivise in 2 tipi: SEQUENZE TELOMERICHE SEMPILICI: situate alle estremita delle molecole del DNA cromosomico e sono indispensabili per la stabilita dell estremita del cromosoma SEQUENZE ASSOCIATE AI TELOMERI : sequenze situate internamente alle sequenze semplici. Il loro significato non e ancora noto.

ENZIMI COINVOLTI NELLA REPLICAZIONE DEL DNA Il ruolo della DNA POLIMERASI: Per definizione tutti gli ENZIMI responsabili della sintesi di DNA si chiamano DNA POLIMERASI. Esistono 3 tipi di DNA polimerasi e sono identificate con le sigle I , II , III. LINIZIO DELLA SINTESI DEL DNA richiede dapprima la denaturazione della doppia elica di DNA ad un origine di replicazione, catalizzata dalla DNA ELICASI. Successivamente la DNA PRIMASI si lega allelicasi ed al DNA denaturato e sintetizza un corto PRIMER DI RNA. L RNA PRIMER viene poi allungato dalla DNA POLIMERASI che sintetizza nuovo DNA. Successivamente lRNA PRIMER viene rimosso. VEDERE BENE NEL LIBRO DI BIOLOGIA.

CAPITOLO 13 DI GENETICA : MAPPATURA GENI NEGLI EUCARIOTI Geni localizzati su cromosomi non omologhi segregano in modo indipendente tra loro. In molti casi tuttavia alcuni geni vengono ereditati insieme perche localizzati sullo stesso cromosoma. I geni che non si assortiscono indipendentemente mostrano concatenazione e sono chiamati GENI ASSOCIATI. GENI CONCATENATI : Geni che si trovano sullo stesso cromosoma che non segregano indipendentemente negli incroci Durante la segregazione degli alleli alcuni tendono a rimanere insieme perche vicini tra loro sullo stesso cromosoma. Quanto piu due geni sono vicini tra loro, tanto piu tendono a rimanere insieme durante la meiosi. TERMINOLOGIA DEGLI SCAMBI CROMOSOMICI: CHIASMA : e il punto nel quale avvengono gli scambi fisici su una coppia di cromosomi omologhi. CROSSING-OVER : processo di scambi reciproci di segmenti di cromatidi in posizioni corrispondenti dei cromosomi omologhi. Il crossing-over avviene allo stadio di 4 CROMATIDI durante la PROFASE I della MEIOSI La PROBABILITA di avere crossino-over e tanto maggiore quanto maggiore e la distanza tra due locus genici di un cromosoma. CONCETTO DI MAPPA GENICA : In un individuo doppio eterozigote per gli alleli w ( w e w+ ) e m ( m e m+ ) , gli alleli possono essere localizzati in due modi: ( w+ e m+ = alleli selvatici ) ( w e m = alleli recessivi mutati ) IN CIS : I due alleli selvatici sono su di un cromosoma e i due mutanti sullaltro. Cromo 1 ( w e m ) Cromo 2 ( w+ e m+ ).

IN TRANS : Ciascun cromosoma contiene un allele mutato e un allele selvatico. Cromo 1 ( w e m+ ) Cromo2 ( w+ e m ).

GENETICA CAPITOLO 15 : EREDITA NON MENDELIANA ( da pag. 437 ) Mitocondri e cloroplasti contengono genomi propri a DNA. Questo DNA e circolare , a doppia elica , e superavvolto. I genomi mitocondriale e cloroplastico contengono i geni per le componenti rRNA dei ribosomi di questi orfanelli e i tRNA usati dagli orfanelli nella sintesi proteica e per alcune proteine che rimangono nelloranello. Tutte le altre proteine indispensabili per questi orfanelli sono codificate nel nucleo , sintetizzate nei ribosomi del citoplasma e sono trasportate negli orfanelli. Il CODICE GENETICO MITOCONDRIALE E DIVERSO DAL CODICE GENETICO UNIVERSALE. I mitocondri hanno eredit MATERNA. Leredita dei geni mitocondriali e cloroplastici degue regole diverse da quelle dei geni nucleari ; non ce infatti segregazione mendeliana dovuta a meiosi , ma si ha un eredit uniparentale , generalmente materna. Nela maggior parte dei casii geni si esprimono indipendentemente dalla loro origine parentale, tuttavia lespressione di alcuni geni dipende dal fatto che essi siano stati ereditati della madre o dal padre. Questo fenomeno si chiama IMPRINTING GENOMICO. In molti casi i livelli di metilazione sono alla base di tale fenomeno.

IL GENOMA MITOCONDRIALE. I mitocondri si trovano nel citoplasma di tutte le specie cellulari, contengono gli enzimi per espletare la maggior parte delle reazioni ossidative che producono energia perle funzioni cellulari. STRUTTURA. Molti genomi mitocondriali sono molecole circolari a doppia elica e superavolte. Il DNA mitocondriale NON E ASSOCIATO AD ISTONI o a proteine simili. Nei mitocondri ci sono numerose copie di genomi mitocondriali associate in regioni nucleoidi multiple. LA REPLICAZIONE. La replicazione del DNA mitocondriale e SEMICONSERVATIVA , avviene per opera della DNA POLIMERASI specifiche per il mitocondrio e non comprende meccanismi di correzione di bozze. Per linizio della replicazione sono sintetizzati degli RNA che fungono da innesco. Il processo di replicazione del DNA mitocondriale avviene durante tutto il ciclo cellulare senza preferenza di fase. Lo schema generale di riferimento per la replicazione del DNA mitocondriale e quello dello SPOSTAMENTO DELLANSA ( loop displacement o D loop ). Le 2 emieliche del DNA mitocondriale hanno DENSITA DIVERSA poiche le diverse basi sono distribuite in modo differente; cosi le due eliche sono chiamate: H : Heavy L : Light Nel modello D loop la sintesi di una nuova catena H incomincia in un punto di origine e forma uan struttura ad ansa forma di D. Dopo che la nuova catena H si e allungata e prosegue la sintesi , avviene la sintesi della catena L in un secondo punto di origine. In fine i due DNA circolari sono convertiti nella forma superavvolta.

I GENI DEL DNA MITOCONDRIALE E LA LORO TRASCRIZIONE . Il DNA mitocondriale contiene le informazioni per un numero di componenti mitocondriali , quali i tRNA gli rRNA e alcune subunita polipeptidiche della citocromo-ossidasi , della NADH-deidrogenasi e della ATPasi. Le altre componenti che si trovano nel mitocondrio sono codificate da geni nucleari e sono importate nei mitocondri. Tra queste ci sono la DNA polimerasi e le altre proteine della replicazione del DNA mitocondriale , la RNA polimerasi e tutte le altre proteine della trascrizione , le proteine ribosomiali per lassemblaggio dei ribosomi, i fattori di traduzione , le aminoacil tRNA sistemasi e le altre subunita polipeptidiche dekka citocromo ossidasi della NADH-deidrogenasi e della ATPasi. I geni mitocondriale che codificano per le proteine si trovano su entrambe le eliche. LRNA messaggero sintetizzato nei mitocondri rimane al loro interbi e viene tradotto sui ribosomi mitocondriali , che sono assemblati allinterno dellorganello. Anche i ribosomi mitocondriali sono costituiti da 2 subunita come quelli citoplasmtici. In questi ribosomi ci sono solo 2 rRNA : RNA 16S della subunit maggiore RNA 12S della subunita minore. Generalmente nel menoma mitocondriale ce un solo gene per ciascun tipo di rRNA. La proteine ribosomiali che si trovano nei mitocondri sono generalmente codificate da geni nucleari e sono trasportate nel mitocondrio dal citoplasma. La trascrizione del DNA mitocondriale del mammifero e inconsueta in quanto ciascuna elica e trascritta in un'unica molecola di RNA che successivamente viene tagliata in frammenti piu piccoli. Le origini per la trascrizione delle due eliche sono vicine allorigine di replicazione dellelica H. Come sono processati questi lunghi trascritti per ottenere gli mRNA , gli rRNA e i tRNA maturi??? I tRNA del trascritto sono riconosciuti da enzimi specifici e ritagliati dal trascritto unico e questo taglio produce allo stesso tempo gi rRNA e gli mRNA. I trascritti cosi processati vengono modificati ulteriormente a produrre gli RNA maturi. Questo comporta laggiunta della coda POLI-A in posizione 3 terminale mentre aggiunta la sequenza CCA allestremita 3 dei tRNA. Gli mRNA mitocondriali non hanno cappuccio 5. I genomi mitocondriali animali NON HANNO INTRONI

LA TRADUZIONE NEI MITOCONDRI Gli mRNA dei mitocondri non hanno cappuccio5 e il codone di inizio e molto vicino allestremita 5 della molecola tanto che non ce sequenza leader. Per questo motivo linizio di traduzione deve essere piuttosto diverso rispetto alla traduzione degli mRNA citoplasmatici. I ribosomi mitocondriali degli animali devono legarsi allmRNA e orientarsi per incominciare in modo univoco la traduzione Il processo di sintesi proteica nei mitocondri e analogo al processo di sintesi proteica dei batteri, in un certo senso Nella traduzione sono utilizzati specifici fattori di inizio IF , di allungamento EF e di rilascio RF tipici del mitocondrio e diversi da quelli citoplasmatici.

LEGGI DELLEREDITA NON MENDELIANA Con il termine di eredita non mendeliano si intende che un determinato fenotipo sia dovuto ad un gene extranucleare piuttosto che ad un gene nucleare come accade nei cromosomi. Le caratteristiche principali delleredita mendeliana sono :

1. I tipici rapporti medeliani non si ottengono perch non ce segregazione mendeliana dovuta a mitosi2. I risultati di incroci reciproci che coinvolgono geni extranucleari non sono uguali. I geni extra nucleari manifestano generalmente eredita uniparentale da una generazione a quella successiva. Tutta la progenie maschile e femminile ha il fenotipo di un genitore soltanto ( nel caso dei mitocondri ci riferiamo al genitore femminile : eredita materna ).

MITOCONDRI ED EFFETTO MATERNO Leffetto materno e quel fenomeno per cui il fenotipo di un individuo e determinato dal genotipo della madre , per effetto di mRNA o proteine che sono depositati nelloocita prima della fecondazione. Questi mRNA o proteine dirigono lo sviluppo iniziale dellembrione . Percio nell effetto materno tutta la progenie ha sempre il fenotipo specificato dal genotipo nucleare della madre e non coinvolge nessun gene extranucleare.

IMPRINTING GENOMICO Un assunzione implicita della genetica mendeliana e che un gene segrega indipendentemente dal fatto he esso si trovi sul cromosoma materno o paterno. Per la maggior parte dei geni questo e vero. Ci sono pero dei geni che vengono influenzati dal fatto che essi siano ereditati dal padre o dalla madre secondo un fenomeno noto come INPRINTING GENOMICO. In altre parole uno dei due genitori determina geneticamente la progenie , causando differenze funzionali tra gli omologhi. Esso non coinvolge geni extranucleari. Alcune malattie geniche umane sembrano essere dovute ad un effetto dellimprinting , come ad esempio le SINDROMI DI PRAEDER-WILLI E DI ANGELMAN. La sindrome di PRAEDER-WILLI e dovuta a delezione o rottura di uno o piu geni del cromosoma 15.

GENETICA CAPITOLO 16 : ESPRESSIONE GENICA NEI BATTERI E BATTERIOFAGI

IL SISTEMA LATTOSIO IN E. COLI. Laggiunta del lattosio nel terreno di coltura determina la rapida sintesi di tre enzimi. In assenza del lattosio questa sintesi viene bloccata. I geni , loperatore , e il promotore costituiscono LOPERONE. La trascrizione dei geni porta alla formazione di un mRNA policistronico. Un gene regolatore e associato alloperone. Per indurre lespressione dei geni delloperone lattosio , un metabolica del lattosio si lega ad una proteina repressone inattivandola ed impedendole di legarsi al sito operatore. Di conseguenza lRNA polimerasi puo legarsi al promotore e proseguire la sintesi dei geni per il lattosio in un singolo mRNA policistronico.

L OPERONE LAC IN E. COLI. Quando in un terreno di coltura i geni vengono attivai dallaggiunta di una sostanza al terreno di coltura allora questi geni sono detti inducibili. La sostanza che determina lespressione genica e detta induttore. Linduttore e una piccola classe di molecole dette effettori. La trascrizione di un gene inducibile avviene in risposta ad un particolare evento molecolare che ha luogo in una specifica sequenza di DNA denominato SITO DI CONTROLLO .

IL LATTOSIO COME FONTE DI CARBONIO IN E. COLI. Se ad E. COLI viene somministrato del lattosio , viene sintetizzato un certo numero di enzimi per metabolizzare questo particolare zucchero. Gli enzimi vengono prodotti perche i geni che codificano per essi cominciano ed essere trascritti attivamente in presenza dello zucchero ; questi stessi geni sono inattivati in assenza dello zucchero ( lattosio ). Il LATTOSIO e un disaccaride di GLUCOSIO E GALATTOSIO ; quando il lattosio e lunica fonte di carbonio presenta nel terreno vengono sintetizzate tre proteine : 1. -GALATTOSIDASI : catalizza la scissione del lattosio in glucosio e galattosio e catalizza la trasformazione del lattosio in ALLOLATTOSIO : un composto importante nella regolazione dellespressione dei geni delloperone LAC.

2. LATTOSIO PERMEASI : si trova nella membrana citoplasmatica ed e necessario per il trasporto dellattosio allinterno della cellula. 3. TRANSACETILASI : proteina la cui funzione non e ancora chiara. La molecola induttore , direttamente responsabile dellaumento dell aumento di produzione delle 3 proteine in effetti lALLOLATTOSIO. Quando il lattosio non e pi presente allinterno della cellula la trascrizione dei geni viene bloccata e tutti gli m-RNA presenti vengono degradati.

CONTROLLO POSITIVO DELLOPERONE LAC Nell perone LAC la proteina repressone esercita un effetto negativo sullespressione delloperone , bloccando lazione dell RNA polimerasi quando linduttore e assente. Loperone LAC e dotato di un sistema di controllo attivo che regola loperone LAC che funzione attivando lespressione delloperone e assicurando che questo sia espresso ad alti livelli solo se il lattosio e lunica fonte disponibile di carbonio. Se e presente solo il lattosio una proteina CAP ( catabolite activator protein ) si lega al cAMP ( adenosina 3,5 monofosfato ciclica ) a formare un compresso CAP cAMP. Questo complesso e una molecola regolatrice positiva. In seguito il complesso CAP cAMP si lega ad un sito specifico del DNA chiamato SITO DI LEGAME DEL CAP posto a monte del promotore. Cio causa un ripiegamento del DNA facilitando linterazione proteina proteina tra il dominio attivatore del CAP e i siti bersaglio della polimerasi che porta allattivazione della trascrizione. Il presenza di glucosio oltre al lattosio, il glucosio e utilizzato per un fenomeno noto come REPRRESSIONE DA CATABOLITA . In tale fenomeno loperona LAC e espresso a livelli molto bassi. Cio avviene perche la presenza di glucosio mantiene basso il livello cellulare di cAMP. In altre parole lRNA polimerasi non puo legarsi al promotore senza laiuto del complesso CAP cAMP. Il modello della repressione da catabolita prevede che la repressione agisca sull ADENILATO CICLASI che rappresenta un enzima necessario per la produzione di cAMP nella cellula. Cio in aggiunta allopera della FOSFODIESTERASI che degrada il cAMP , viene ridotto drasticamente il livello di cAMP nella cellula.

RIASSUMENDO IN BREVE : Nel sistema del lattosio , laggiunta di questo zucchero alle cellule porta rapidamente alla sintesi di tre enzimi richiesti per il suo utilizzo ( -galattosidasi , lattosio permeasi , transacetilasi ). I geni per questi enzimi sono contigui nel cromosoma di E. coli e sono localizzati vicino ad un sito di controllo ( un operatore ) e ad un singolo promotore. I geni , loperatore e il promotore costituiscono loperone che viene trascritto come una singola unita. Loperone LAC e abche regolato da un sistema di controllo positivo. Infatti il complesso CAP cAMP si lega al promotore facilitando il legame delle RNA polimerasi. Se e presente il glucosio, tuttavia non si forma il complesso CAP cAMP e di conseguenza lRNA polimenrasi noon si lega al promotore e non si ha trascrizione dei geni LAC. ( MAGGIORI INFORMAZIONI SU INTERNET )

LOPERONE TRIPTOFANO IN E. COLI La regolazione delloperone triptofano in E. coli avviene sia a livello dellinizio della trascrizione sia nel proseguimento della trascrizione. Cio avviene innanzitutto attraverso un sistema PERRESSORE OPERATORE che risponde al livello di triptofano libero e attraverso un sistema di attenuazione a un secondo sito di controllo , chiamato ATTENUATORE , che risponde a livelli di Trp tRNA. Lattenuatore e localizzato nella regione LEADER , tra loperatore e il primo gene strutturale. Lattenuazione agisce causando terminazione della trascrizione in dipendenza della concentrazione del triptofano. In presenza di grandi quantita di triptofano , lattenuazione e molto attiva ; cioe la quantita di Trp tRNA presente e sufficiente perche il ribosoma possa proseguire oltre lattenuatore e permettere al trascritto leader di formare una struttura secondaria che causa terminazione della trascrizione. In assenza del triptofano o in presenza di una bassa concentrazione di Trp , i ribosomi si arrestano nella regione dellattenuatore e il trascritto leader forma uan struttura secondaria che permette il proseguimento della trascrizione. ( INTEGRARE CON INTERNET ).

CAPITOLO 17 GENETICA : REGOLAZIONE DELLESPRESSIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI PUNTI PRINCIPALI: Non vi sono operoni negli eucarioti. Tuttavia i geni che controllano funzioni correlate sono spesso regolati in modo coordinato Negli eucarioti lespressione genica e regolate a diversi livelli. Esistono sistemi di controllo della trascrizione , nella maturazione degli RNA precursori , del trasporto dellRNA maturo fuori dal nucleo , della traduzione degli mRNA , della degradazione delgli RNA maturi r della degradazione dei prodotti proteici I geni eucarioti codificanti contengono sia promotori sia elementi ENANCHER che interagiscono con un certo numero di proteine regolatrici ( fattori di trascrizione ) deputate ad attivare o reprimere la trascrizione. La configurazione della cromatina costituisce una barriera alla trascrizione. Un alta densita di nucleosomi ( DNA avvolto intorno ad istoni a formare un ottametro ) associata alla cromatina inattiva , mentre la cromatina trascrizionalmente attiva manifesta una densita di nucleosomi inferiori. Anche la metilazione del DNA puo essere implicata nella regolazione della trascrizione genica. Negli eucarioti , gli ormoni steroidei regolano lespressione di particolari gruppi di geni entrando nella cellula ( lormone ). Se quella cellula contiene una molecola recettore specifica per lormone , questo si lega al recettore e lo attiva ; il complesso ormone recettore si lega agli elementi regolativi ormone-dipendenti vicini a geni nel nucleo , controllando cosi espressione di tali geni. Altri ormoni ( ormoni polipeptidici ) agiscono alla superficie della cellula attivando un sistema che produce AMP ciclico che e una sostanza che agisce da secondo messaggero nel controllo dellattivita genica. La specificita della risposta ormonale dipende dalla presenza di recettori ormonali solo in certi tipi cellulari e dallinterazione di complessi steroide - recettore con proteine regolatrici specifiche per il tipo cellulare.

LIVELLI DICONTROLLO DELLESPRESSIONE GENICA NEGLI EUCARIOTI Negli eucarioti il controllo dellespressione genica e molto piu complesso che nei procarioti. Negli eucarioti abbiamo diversi punti di controllo che sono : 1) TRASCRIZIONE , 2) MATURAZIONE , 3) TRASPORTO , 4) TRADUZIONE , 5) DEGRADAZIONE mRNA , 6) MATURAZIONE E DEGRADAZIONE DELLA PROTEINE.

1)

CONTROLLO TRASCRIZIONALE

Il controllo trascrizionale regola che un gene venga trascritto e la quantit di trascritti prodotta. Geni eucarioti codificanti contengono sia elementi promotori che enhancer ( particolari proteine si legano ad enhancer per facilitare linizio della trascrizione da parte della polimerasi II ). Gli elementi regolatori si trovano appena a monte dei siti di inizio della trascrizione. Gli enhancer si trovano in generale a qualche distanza a monte o a valle. Certi elementi promotori come gli elementi TATA sono necessari per specificare dove la trascrizione deve iniziare. Altri elementi promotori determinano se avverr la trascrizione del gene ; specifiche proteine regolatrici chiamati fattori di trascrizione , si legano a questi ultimi elementi. Un elemento regolatore del promotore e specializzato rispetto al gene che controlla perche si lega ad una molecola segnale coinvolta nella regolazione di quellespressione genica. Un particolare gene puo avere uno o piu elementi promotori perche vi possono essere una o piu proteine regolatrici. Gli elementi anhancer fanno si che avvenga la massima trascrizione di un gene. Proteine regolatrici si legano ad elementi anhancer e la sequenza di DNA degli enhancer determina quale proteina vi si legher. : una specifica proteina regolatrice si lega ad un enhancer , il DNA forma poi un ansa in modo che la proteina regolatrice legata allenhancer possa interagire con le proteine regolatrici ed altri fattori legati agli elementi promotori ; linterazione delle proteine determina se la trascrizione verra attivata o repressa. OGNI PROMOTORE O ENHANCER LEGA UNA SPECIFICA PROTEINA REGOLATRICE. Se una proteina regolatrice attiva si lega ad un promotore ed a un enhancer allora la trascrizione e attiva ; se una proteina regolatrice passiva si lega a promotore e anhancer allora la trascrizione sara negativa. RIASSUMENDO : I geni eucarioti codificanti per proteina contengono sia elementi promotori che enhancer. Alcuni elementi promotori sono necessari perche la trascrizione inizi. Altri elementi promotori hanno funzione regolatrice ; questi sono specifici per il gene che regolano in quanto legano specifiche proteine regolatrici che modulano lespressione del gene. Proteine regolatrici si legano ad enhancer e regolano la trascrizione mediante interazione con le proteine legate ai promotori. Elementi enhancer e promotori sembrano legare spesso le stesso proteine , questo implica che svolgono una funzione simile probabilmente basato sullinterazione fra le proteine regolatrici.

CAMBIAMENTI NEI CROMOSOMI E CONTROLLO TRASCRIZIONALE

Sensibilit alla DNasi I ed espressione genica : Le regioni cromosomiche che sono trascrizionalmente attive hanno strutture DNA-proteine meno condensate delle regioni trascrizionalmente inattive e questo causa sensibilit alla digestione con DNasi. Le regioni dei promotori dei geni trascrizionalmente attivi hanno strutture DNA-proteine ancora meno condensate e cio causa ipersensibilit alla DNasi I. Istoni e regolazione genica : Nel cromosoma il DNA e avvolto introno agli istoni a formare i nucleosomi. I cinque tipi diversi di istoni sono disposti in modo costante lungo il DNA in una cellula. Gli istoni vengono modificati mediante ACETILAZIONE e FOSFORILAZIONE con conseguente alterazione della loro capacita di legarsi al DNA. Se il gene che coprono deve essere espresso , gli istoni debbono essere modificati per indebolire la loro associazione al DNA o venir spostati dal DNA in modo che i filamenti di DNA possano interagire con i fattori di trascrizione o le proteine regolatrici. In sostanza quindi gli istoni agiscono come repressori dellespressione genica e cio vale a dire che quando i promotori sono associati agli istoni in un nucleosoma essi non possono venire riconosciuti dalle proteine regolatrici e dai fattori trascrizionali. COME AVVIENE LATTIVAZIONE GENICA NELLA CELLULA? : Gli istoni bloccano la trascrizione formando nucleosomi ai TATA box. Le proteine che legano i promotori sono capaci di distruggere i nucleosomi sulla TATA box. Tuttavia le proteine che legano gli enhancer si legano agli enhancer ed interagiscono con gli istoni nei TATA box legati ai nucleosomi e le proteine che legano i promotori possono ora legarsi al DNA liberato. Gli istoni della cromatina trascrizionalmente attiva sono iperacetilati mentre quelli della cromatina inattiva sono ipoacetilati. Quando gli istoni diventano acetitati la conformazione del nucleosoma si modifica e lorganizzazione di ordine superiore della cromatina viene destabilizzata.come conseguenza il DNA associato diventa piu accessibile ai fattori di trascrizione Metilazione del DNA e controllo trascrizionale : Dopo che l DNA e stato replicato una piccola porzione di basi viene modificata da enzimi : un esempio e quello della 5-METILCITOSINA che viene generata dalla modificazione del DNA poco dopo la replicazione per azione dellenzima DNA mutilasi. Vie una correlazione tra metilazione e trascrizione : vi e un livello di metilazione del DNA piu basso in geni trascrizionalmente attivi che in geni trascrizionalmente inattivi. RIASSUMENDO : E stato dimostrato che il DNA metilato con la maggior parte delle mutilazioni a livello di residui di citosina. Geni trascrizionalmente attivi mostrano livelli di metilazione piu bassi di geni trascrizionalmente inattivi.

Controllo trascrizionale dellespressione genica negli eucarioti : regolazione da parte di ormoni steroidei negli animali : La costanza allinterno dellambiente cellulare e mantenuta attraverso lazione di sostanze chimiche chiamate ORMONI che sono secrete da diversi tipi cellulari in risposta a segnali e che circolano nel sangue finche non arrivano a stimolare le cellule bersaglio. Un ormone e quindi una cellula effettrice che viene prodotta da una cellula e che causa una risposta fisiologica in un'altra cellula. Per esempio gli ORMONI STEROIDEI esercitano la loro azione legandosi ad un recettore citoplasmatico specifico chiamato recettore dellormone steroideo SHR , poi il complesso si lega direttamente al menoma per regolare lespressione genica.

Gli ORMONI POLIPEPTIDICI agiscono sulla superficie cellulare attivando un enzima legato alla membrana , quale LADENILATO CICLASI che produce AMP ciclico dallATP. Il cAMP agisce come segnalatore intracellulare per attivare gli eventi cellulari normalmente associati al rilascio ormonale. Gli ormoni agiscono su specifiche cellule bersaglio che hanno recettori capaci di riconoscere e legare quel particolare ormone. Per la maggior parte degli ormoni polipeptidici come INSULINA , ACTH , VASOPRESSINA ) i recettori sono localizzati sulla superficie della cellula ,mentre i recettori per gli ormoni steroidei sono allinterno della cellula. Tutti gli ORMONI hanno una STRUTTURA SIMILE A 4 ANELLI : le differenze nei gruppi laterali sono responsabili dei loro diversi effetti fisiologici La specificita della risposta ormonale e data dalla specificita dei recettori per gli ormoni stessi; nelluomo ci sono da 10.000 a 100.000 recettori SHR che sono proteine con affinit specifica per gli ormoni. In assenza di un ormone steroideo lSHR appropriato si trova nella cellula associato a un complesso di proteine denominate CHAPERONINE. In questa associazione il recettore e inattivo. Quando un ormone steroideo si trova nella cellula , esso si lega al recettore spostando la proteina chaperon che lo rendeva inattivo. Tutti i geni che sono attivati da ormoni hanno in comune una sequenza di DNA a cui si lega il complesso ormone-recettore. La regione di legame e chiamata ELEMENTO DI RISPOSTA ALLO STEROIDE HRE. Gli HRE sono localizzati nelle regioni enhancer del DNA Queste interazioni possono facilitare linterazione del DNA con la polimerasi II. In diversi tipi cellulari lo stesso ormone produce effetti diversi. IN SINTESI : Gli ormoni steroidei agiscono come molecole effettrici e gli SHR agiscono come molecole regolatrici. Quando i due si combinano , il complesso risultante si lega al DNA e regola la trascrizione genica dando luogo ad un aumento o diminuzione della sintesi genica. Le risposte specifiche caratteristiche di ciascun ormone steroideo derivano dal fatto che i recettori si trovano solo in specifici tipi cellulari ; ciascuno di questi tipi cellulari contiene differenti combinazioni di altre proteine regolatrici specifiche per il tipo cellulare che interagiscono con i complessi ormone-recettore per attivare la trascrizione di specifici geni.

2) CONTROLLO DELLA MATURAZIONE DELLRNA Il controllo della maturazione dellRNA regola la produzione di molecole di RNA maturo di molecole di RNA precursore. Tutte e tre le classi di RNA sono prevalentemente sintetizzate come molecole precursori piu lunghe. Vi sono molti casi in cui i siti di poliadenilazione vengono usati per produrre diverse molecole di pre-mRNA e puo essere utilizzato un o splicing alternativo per produrre diversi mRNA funzionali. Questi prodotti vengono chiamati ISOFORME che sono proteine sintetizzate dallo stesso gene ma funzionalmente e strutturalmente diverse. IN SINTESI: Lespressione genica negli eucarioti puo essere regolata a livello di maturazione dellRNA. Questo tipo di regolazione opera nel dirigere la produzione di RNA maturi da molecole RNA precursori. Due eventi che esemplificano questo livello di controllo sono : La scelta del sito di poliadenilazione La scelta del sito di splicing.

In entrambi i casi si producono diversi tipi di mRNA dovuti alla scelta fatta nei siti. 3) CONTROLLO DEL TRASPORTO DELL mRNA Il livello successivo di controllo e il controllo del trasporto dellmRNA che e la regolazione del numero di trascritti che escono dal nucleo verso il citoplasma. La presenza di membrana nucleare negli eucarioti rappresenta anche essa un punto di controllo dellespressione genica. Ma come viene regolato il trasporto dellmRNA fuori dal nucleo? Sembra che lmRNA esca attraverso i pori nucleari. Secondo il modello di ritenzione del complesso di splicing , la formazione del complesso stesso compete con il trasporto fuori dal nucleo dellRNA. Cosi mentre i pre-mRNA sono nel complesso di splicing per venire maturati , lRNA e trattenuto nel nucleo incapace di interagire con il poro nucleare. Tuttavia quando la maturazione e completa lmRNA si dissocia dal complesso di splicing che rimane associato con lintrone. LmRNA libero puo interagire con il poro nucleare. Sembra tuttavia necessario che lmRNA debba vere una giusta metilazione al cappuccio 5 per poter essere trasportato al citoplasma. IMPORTANTE : Il trasporto degli mRNA nel citoplasma e un altro punto di controllo nella regolazione genica eucariotica. Per questa regolazione e stato proposto un modello di ritenzione del complesso di splicing in cui la formazione del complesso di splicing porta lRNA a rimanere bloccato nel nucleo. Quindi durante la rimozione degli introni , il complesso di splicing mantiene RNA nel nucleo mantre quando tutti gli introni sono stati rimossi e lRNA e maturo , questo puo interagire con il poro nucleare mentre il complesso di splicing rimane legato agli introni. LmRNA maturo incappucciato puo uscire dal nucleo.

4) CONTROLLO DELLA TRDUZIONE DELL mRNA Le molecole di RNA messaggero sono soggette a controllo traduzione mediante selezione fra gli mRNA da parte di ribosomi. La traduzione differenziale puo influenzare fortemente lespressione genica. Una molecola di mRNA puo avere una coda di POLI-A corta o lunga : Il pre-RNA ancora coinvolto nella maturazione e nella rimozione degli introni ha una LUNGA coda di POLI-A. LmRNA maturo immagazzinato ha una CORTA coda di POLI-A .

E stato dimostrato che la diminuzione della lunghezza della coda di POLI-A avviene nel citoplasma per mezzo di un processo di deadenilazione. Quello che indirizza un particolare mRNA verso una rapida deadenilazione e una SEQUENZA nella regione non tradotta in 3 ( 3 UTR ) dellmRNA a monte della sequenza di poliadenilazione AAUAAA.. Questo segmento viene chiamato ELEMENTO RICCO DI ADENILATO/URIDINATO ( ARE ).

5) CONTROLLO DELLA DEGRADAZIONE DELL mRNA Una volta nel citoplasma tutte le specie di RNA sono soggette al controllo di dgradazione mediante il quale la quantita di RNA degradato viene regolata. Generalmente sia gli rRNA che i tRNA sono specie molto stabili , al contrario molte specie di mRNA mostrano diversi gradi di stabilit. Le 2 vie principali di decadimento dellRNA sono : La via di decadimento dipendente dalla deadenilazione : Le code di POLI-A sono deadenilate fino a che non sono troppo corte per legare PAB ( proteina di legame al POLI-A. Una volta che la coda e quasi rimossa la struttura del cappuccio al 5 viene rimossa attraverso una tappa chiamata DECAPPING. Una molecola di RNA dopo che e stato rimosso il cappuccio viene degradata a partire dallestremita 5 da un ESONUCLEASI 5 3. La via di decadimento indipendente da deadenilazione : In questa via di decadimento agli RNA puo essere rimosso il cappuccio senza deadenilazione con conseguente rapida degradazione degli RNA da parte di ESONUCLEASI 5 3 o possono essere tagliati internamente da ENDONUCLEASI

6) CONTROLLO DELLA DEGRADAZIONE DELLE PROTEINE (POST-TRADUZIONALE ) Esistono meccanismi di controllo post-traduzionali che determinano la durata della vira di una proteina. Un mRNA prodotto puo venire tradotto in continuazione ad il livello della proteina tradotta puo venire controllato dalla velocit di degradazione della proteina. E stato dimostrato che la degradazione delle proteine ( PROTEOLISI ) negli eucarioti richiede il cofattore proteico UBUQUITINA. Il legame dellubiquitina ad una proteina la rende riconoscibile per la degradazione da parte di enzimi proteolitici. Lubiquitina puo essere utilizzata piu volte per degradare piu proteine una dopo laltra. Laminoacido allestremit N-terminale di una proteina e la chiave per capire come una proteina venga indirizzata al legame con lubiquitina. In quella che e nota come legge dell N termine il particolare aminoacido N-terminale e correlato direttamente con la vita media della proteina. Laminoacido terminale determina il tasso con cui lubiquitina puo legarsi alla proteina che a su volta determina la vita media della proteina. IN SINTESI : Nei procarioti il controllo dellespressione genica avviene principalmente a livello trascrizionale , in associazione con un rapido ricambio di molecole di RNA. Negli eucarioti lespressione genica e controllata a livello trascrizionale , post-trascrizionale e posttraduzionale. Esistono sistemi di regolazione della trascrizione , della maturazione degli RNA precursori del trasporto degli RNA dal nucleo nel citoplasma , della degradazione delle specie di RNA maturo , della traduzione degli mRNA e della degradazione del prodotto proteico.

CAPITOLO 18 GENETICA : LA GENETICA DEL CANCRO PUNTI PRINCIPALI : Affiche si sviluppi un cancro deve avvenire che 2 mutazioni colpiscano ciascuna uno dei due alleli di un gene hce puo causare il cancro. Nei cancrifamiliari , che sono ereditari , una mutazione viene ereditata rendendo la persona predisposta al cancro. Nei cancri sporadici che non sono ereditari entrambe le mutazioni avvengono nelle cellule somatiche. Questo modello semplice valido soltanto per un numero molto limitato di cancri. Le forme mutate di tre classi di geni - PROTONCOGENI , GENI SOPPRESSORI DI TUMORI , GENI MUTATORI possono contribuire alla trasformazione di una cellula allo stato canceroso. I prodotti dei protooncogeni stimolano stimolano la proliferazione cellulare , mentre i prodotti dei geni mutatori sono coinvolti nei meccanismi di replicazione e di riparazione del DNA. Alcuni virus a DNA e RNA causano il cancro. Tutti i virus tumorali a RNA sono RETROVIRUS che ri replicano attraverso un intermedio di DNA , ma non tutti i retrovirus causano il cancro. Quando un retrovirus infetta una cellula il menoma a RNA viene rilasciato dalla particella virale e attraverso lazione della TRASCRITTASI INVERSA sono sintetizzate delle copie di cDNA del menoma virale chiamato DNA provirale che si integra nel menoma della cellula ospite. In seguito i geni virali sono trascritti e vengono prodotti RNA virali . La progenie virale cresce all interno della cellula e puo uscire e infettare altre cellule. Le cellule animali normali contengono geni con sequenze di DNA che assomigliano a quelle degli oncogeni virali. Questi geni cellulari sono i proto-oncogeni. Quando un proto-oncogene e mutato si produce un oncogene cellulare ( c-onc ) che induce la formazione del tumore. I prodotti dei geni soppressori hanno un azione inibente sulla crescita e sulla divisione cellulare. Pertanto quando entrambi gli alleli di una gene soppressore sono inattivati o persi si ha una proliferazione cellulare non controllata. I geni mutatori se mutati aumentano la frequenza di mutazioni spontanee in altri geni La progressione di una normale cellula eucariote attraverso il ciclo cellulare e controllata da numerosi fattori molecolari. Una cellula cancerosa non risponde ai segnali e si riproduce senza limiti.

I GENI E IL CANCRO : I geni che mutano piu frequentemente appartengono a tre classi principali : ONCOGENI : I virus tumorali a RNA trasformano una cellula in virtu dellazione di uno o piu geni presenti nel menoma virale chiamati oncogeni virali. Per definizione un ONCOGENE e un gene che determina la proliferazione cellulare.

Tutti i virus tumorali a RNA sono retrovirus e gli oncogeni portati dai virus tumorali a RNA sono forme alterate di geni presenti nella cellula ospite. LA STRUTTURA DEI RETROVIRUS Un esempio di retrovirus e quello del virus umano dellimmunodeficienza o HIV che causa AIDS. Allinterno di un nucleo proteico che ha spesso una forma icosaedrica , si trovano due copie di menoma a RNA a singola elica. Quando un virus infetta una cellula , il rivestimento proteico interagisce con un recettore di superficie , codificato dalla cellula ospite e incomincia il processo mediante il quale il virus penetra nella cellula. IL CICLO DEI RETROVIRUS Quando un retrovirus incapsulato infetta una cellula il menoma a RNA viene rilasciato dalla particella virale e per azione della trascrittasi inversa viene fatta una copia di DNA a doppia elica del menoma ( DNA provirale ). Il provirus a DNA si integra nel cromosoma dellospite. Una volta integrato il DNA provirale trascritto dalla RNA polimerasi II della cellula ospite dando origine a una serie di mRNA virali che codificano per le proteine necessarie per lespletamento delle funzioni del ciclo vitale del virus. Riassumendo : I retrovirus sono virus a RNA che si replicano attraverso un intermedio a DNA. Tutti i virus a RNA che causano tumori sono retrovirus ma non tutti i retrovirus provocano il cancro. Quando un retrovirus infetta una cellula il menoma a RNA viene rilasciato dalla particella virale e attraverso lazione della trascrittasi inversa viene sintetizzata una copia del menoma della cellula ospite. Successivamente , sfruttando lapparato trascrizionale della cellula ospite i geni virali vengono trascritti e vengono prodotti RNA virali completi. Nuovi virus vengono assemblati nella cellula , quindi fuoriescono e possono infettare altre cellule.

ONCOGENI VIRALI ( v-onc ) Gli oncogeni virali ( v-onc ) sono responsabili di molte forme diverse di cancro. Soltanto i retrovirus che contengono un v-onc sono virus tumorali

ONCOGENI CELLULARI ( c-onc ) Gli oncogeni umani sono molto simili agli oncogeni virali descritti in precedenza , anche se i virus non inducevano i cancri umani osservati. La maggior parte degli oncogeni umani o animali sono forme mutate di geni normali presenti nelle cellule , geni che vengono indicati con il nome di PROTO-ONCOGENI. Quando i protooncogeni sono mutati o traslocati i modo da causare la formazione di tumori sono chiamati ONCOGENI. Se un oncogene viene portato da un viru viene indicato come v-onc , mentre se sono portati dal cromosoma della cellula ospite sono indicati come ONCOGENI CELLULARI c-onc. Una differenza tra i protoncogeni e gli oncogeni virali sta nel fatto che la maggior parte dei protooncogeni hanno introni diversamente dalla loro controparte.

DA PROTO-ONCOGENI A ONCOGENI : COME AVVIENE IL CAMBIAMENTO : I tre tipi di cambiamenti che sono stati ritrovati sono i seguenti : 1. MUTAZIONI PUNTIFORMI ( sostituzione di paia di basi ): Mutazioni puntiformi nella regione codificante di un gene o nelle regioni di controllo ( promotore , anhancer.. ) possono cambiare un protooncogene in oncogene causando un aumento o nellattivit del prodotto proteico oppure nellespressione del gene che a sua volta determina un incremento della quantita di prodotto genico presente nella cellula.

2. DELEZIONI : delezioni di una parte della regione codificante o delle sequenze di controllo di unprotooncogene sono ritrovate in numerosi oncogeni. Le delezioni causano un cambiamento nella quantita o nellattivit delle proteine che stimolano la crescita. 3. AMPLIFICAZIONE GENICA ( aumento del numero di copie di un gene ) : in generale le copie soprannumerarie di un proto-oncogene portano ad un aumento del prodotto genico nella cellula , che induce o contribuisce ad una proliferazione cellulare non programmata. VIRUS TUMORALI A DNA I virus tumorali a DNA sono oncogeni , cioe inducono la proliferazione cellulare ma non portano oncogeni come i virus tumorali a RNA. I virus tumorali a DNA trasformano nello stato canceroso per lazione di uno o piu geni del genoma virale I virus tumorali a DNA procedono nel loro ciclo cellulare senza trasformare la cellula nello stato canceroso . Di norma il virus produce una particella proteica che attiva la replicazione del DNA della cellula ospite. Quindi sfruttando lapparato proteico della cellula ospite , il genoma virale replicato e trascritto e viene prodotta una numerosa progenie di particelle virali che portano alla lisi e alla morte della cellula ospite.

I GENI SOPPRESSORI DEI TUMORI : Le cellule normali contengono dei prodotti genici capaci di sopprimere la proliferazione cellulare incontrollata caratteristica delle cellule cancerose. Questi geni sono chiamati GENI SOPPRESSORI DEI TUMORI..

IL GENE SOPPRESSORE DEL TUMORE p53 Mutazioni di entrambi gli alleli di p53 sono coinvolte in circa il 50% dei cancri umani. Il gene p53 si trova sul CROMOSOMA 17 in posizione p 13.1 ( braccio corto ). Individui che ereditano una copia mutata di p53 sviluppano la sindrome di Li-Fraumeni , una forma rara di cancro che viene ereditata come un carattere autosomico dominante.

La proteina soppressore di tumori p53 e coinvolta in numerosi processi cellulari importanti quali la trascrizione , il controllo del ciclo cellulare , la riparazione del DNA e la morte cellulare programmata APOPTOSI. La proteina selvatica p53 si lega al DNA e funge da fattore trascrizionale. Tra i molti geni ai quali si lega ce il gene WAF1 che e attivato dalla proteina p53. Il prodotto genico di WAF1 e la proteina p21 la cui sintesi e attivata da p53 e cha fa si che le cellule si arrestino in fase G1. Questo arresto e dovuto al legame di p21 al complesso ciclica/Cdk e blocca lattivit chinasica richiesta per determinare il passaggio da G0 in fase S. Larresto in G1 da alla cellula il tempo di innescare la via metabolica necessaria per la riparazione del DNA . Se il danneggiamento del DNA e troppo esteso , il ciclo cellulare non procede3 e la cellula danneggiata muore seguendo un processo di apoptosi. Linduzione dellapoptosi e una funzione importante della proteina p53. Se entrambi gli alleli della proteina p53 sono danneggiati la cellula risulta priva della proteina attiva p53. Di conseguenza WAF1 non puo essere attivato e non ci sono proteina p21 disponibili per bloccare lattivita chinasica ciclica dipendente. Le cellule con alleli p53 mutati non bloccano il ciclo cellulare in seguito al danneggiamento del DNA proprio per la mancanza di proteina p53. questo porta allaccumulo di danni genetici e allaumento della probabilit di insorgenza del cancro.

CAPITOLO 19 GENETICA : MUTAZIONE E RIPARAZIONE DEL DNA DEFINIZIONE DI MUATZIONE : La mutazione e il processo che altera la sequenza di basi del DNA , un cambiamento di una coppia di basi del DNA o un cambiamento in un cromosoma. MUTAZIONE SOMATICA : La mutazione si manifesta solo nellindividuo in cui e avvenuta la mutazione MUTAZIONE NELLA LINEA GERMINALE : La mutazione puo essere trasmessa atra le generazioni. ( PURINE : G A - PIRIMIDINE : T C ) MUTAZIONI PUNTIFORMI che alterano una o poche coppie di basi possono essere divise in 2 categorie : SOSTITUZIONE : cambiamento nel DNA in modo che una coppi di basi viene rimpiazzata con un'altra coppia. Vi sono 2 tipi di sostituzione. 1) MUTAZIONE PER TRANSIZIONE : sostituzione Pur Pir con Pur Pir . 2) MUTAZIONE PER TRANSVERSIONE : sostituzione Pur Pir con Pir - Pur. MUTAZIONE MISSENSO : mutazione nella quale una sostituzione di una coppia di basi del DNA causa un cambiamento nel codone dellmRNA con aggiunta di un aminoacido differente nella proteina. MUTAZIONE NON SENSO : mutazione che porta alla formazione di una sequenza di STOP ( UAG ) (UAA ) ( UGA ). MUTAZIONE NEUTRA : e una mutazione che non ha effetto sul prodotto finale della trascrizione.

MUTAZIONE SILENTE : un codone dellmRNA viene cambiato in modo tale da codificare ancora per lo stesso aminoacido. Il prodotto finale e uguale. MUTAZIONI FRAMESHIFT ( slittamento di lettura ) : laggiunta o la delezione di una coppia di basi fa slittare la fase di lettura della regione a valle dellmRNA di una base. REVERSIONI E MUTAZIONI DI TIPO SOPPRESSORE Le mutazioni puntiformi possono essere divise in due classi in base ai loro effetti fenotipici : 1) Mutazioni in avanti : causano un cambiamento genotipico in direzione dal selvatico al mutante 2) Mutazioni per reversione : cambiamento genotipico dal mutante al selvatico. Gli effetti di una mutazione possono essere diminuiti o aboliti da una MUTAZIONE SOPPRESSORE che e una mutazione in un sito diverso da quello della mutazione originaria. Essa maschera o compensa gli effetti della prima mutazione.

MECCANISMI DI RIPARAZIONE DEL DNA Attivit di correzione di bozze della DNA polimerasi : Lattivit esonucleasica 3-5 della polimerasi ( solo batterica non eucaristica ) di correzione di bozze ( proofreading ) agisce quando viene inserito un nucleotide scorretto. La polimerasi riconosce lerrore e la sintesi del DNA si arresta e non puo procedere fino a quando il nucleotide sbagliato non sia stato exciso e non sia stato sostituito con il nucleotide corretto. Solo a questo punto la polimerasi si muove di nuovo riprendendo la sua attivita polimerasica. LATTIVITA ESONUCLEASICA 3-5 e una propriet della DNA polimerasi Batterica e NON EUCARIOTICA.

RIPARAZIONE PER EXCISIONE DI UNA COPPIA DI BASI : Il sistema di riparazione dei nucleotidi o NER ( in E.coli ) corregge i dimeri di pirimidina e altre distorsioni indotte nellelica di DNA. Un complesso scorre lungo il DNA , quando il complesso riconosce un dimero di pirimidina o un altrs distorsione nel DNA , il complesso legato alla lesione opera un taglio a quattro o cinque nucleotidi al 3 del sito danneggiato e un altro a otto nucleotidi dal 5. Nel frattempo la DNA polimerasi riempie la regione mancante in direzione 5 3 e la ligasi salda il filamento.

RIPARAZIONE DEGLI ERRORI DI APPAIAMENTO DIRETTA DALLA METILAZIONE : Malgrado la correzione ad opera del complesso di correzione di bozze , rimangono comunque errori nel DNA che nel nuovo ciclo di replicazione saranno fissati come mutazioni. Molti errori nelle basi del DNA dopo la replicazione possono essere corretti da un altro sistema di riparazione chiamato CORREZIONE DEGLI ERRORI DI APPAIAMENTO DIRETTA DALLA METILAZIONE. Questo sistema riconosce gli appaiamenti errati , excide le basi appaiate scorrettamente e poi procede con la sintesi riparativa.

Lappaiamento errato e eliminato da un ESONUCLEASI e il buco e riparato dalla polimerasi III e dalla ligasi. La riparazione degli errori di appaiamento avviene anche negli eucarioti. Tuttavia non e chiaro la nuova elica di DNA venga distinta dallelica di DNA parentale. RISPOSTA SOS : Il danno alle basi del DNA possono impedire il perfetto appaiamento della due eliche di DNA stesso e possono presentarsi dei buchi nellelica. Nei batteri un problema del genere indice un complesso sistema chiamato risposta SOS. In E. coli due sono i geni che controllano il sistema SOS : lexA e recA. Quando ci sono parecchi danni al DNA la proteina codificata dal gene recA , RecA viene attivata. RecA attivata stimola la proteina LexA ad auto-scindersi , cio che a sua volta elimina la repressione dei geni per la riparazione. Dsi conseguenza questi geni vengono trascritti e avviene riparazione del DNA . Una volta che il danno e stato riparato , la proteina RecA e inattivata e la proteina LexA reprime i geni per la riparazione.

CAPITOLO 20 GENETICA : GLI ELEMENTI TRASPONIBILI. PUNTI PRINCIPALI : Gli elementi trasponibili sono segmenti del DNA che possono inserirsi nel menoma in posizioni diverse. La loro presenza nel menoma e individuata da cambiamenti che essi determinano nellespressione e nellattivit dei geni nei quali essi si inseriscono. Nei batteri i 2 tipi di elementi trasponibili sono : le SEQUENZE DI INSERZIONE ( IS ) e i TRASPOSONI ( Tn ). Essi hanno alle loro estremita delle sequenze ripetute e codificano per le proteine responsabili della loro trasposizione . Quando le IS e i Tn si integrano nel menoma si ha una breve duplicazione del sito bersaglio che da origine a sequenze ripetute. Gli elementi trasponibili degli eucarioti assomigliano ai trasposoni batterici. Un traspostone puo inserirsi in una nuova posizione lasciando una copia di se stesso nel sito originale oppure puo excidersi direttamente dal cromosoma. I trasposono si integrano nel sito bersaglio mediante un meccanismo preciso in modo tale che gli elementi intergrati nel punto di inserzione siano fiancheggiati da una brave duplicazione del DNA del sito bersaglio. Benche la maggior parte dei trasposoni si muova secondo un meccanismo DNA-DNA , alcuni trasposoni eucarioti traspongono attraverso un intermedio di RNA utilizzando una trascrittasi inversa codificata dal traspostone.

CARATTERISTICHE GENERALI DEGLI ELEMENTI TRASPONIBILI : Gli elementi trasponibili sono classificati in 2 classi principali : Una classe codifica proteine che muovono il DNA dellelemento direttamente direttamente verso una nuova posizione oppure replicano il DNA e producono un nuovo elemento che si integra da qualche parte nel menoma sia negli eucarioti che nei procarioti.

Un'altra classe di elementi trasponibili codificano una trascrittasi inversa che produce copie del DNA dallRNA dei loro trascritti che poi si integrano nel menoma. Solo negli eucarioti.

GLI ELEMENTI GENICI TRASPONIBILI NEI PROCARIOTI :

LE SEQUENZE DI INSERZIONE Una sequenza di inserzione o IS e lelemento trasponibile piu semplice di un procariote. Una IS contiene solo i geni necessari per la mobilitazione e linserzione dellelemento nel cromosoma. Tutte le IS hanno nelle estremita terminali delle SEQUENZE RIPETUTE INVERTITE , la stessa sequenza si trova a ciascuna estremita della IS ma con orientamento opposto. Quando le IS si integrano a caso nel cromosoma esse producono spesso delle mutazioni. I promotori presenti nelle IS possono a loro volta alterare lespressione di geni adiacenti. Quando un IS traspone una copia dellelemento si inserisce in una posizione nuova del cromosoma , mentra la IS originale rimane nel punto dove si trovava. Lazione di trasposizione richiede lintervento della TRASPOSASI un ENZIMA codificato dallelemento IS. Un taglio simmetrico e compiuto nel sito bersaglio e lelemento IS vi si inserisce unendosi alle estremita a singola elica. Le sequenze a singola elica sono completate dalla DNA polimerasi e dalla DNA ligasi.

I TRASPOSONI Un traspostone e un segmento di DNA mobile che come una IS contiene i geni necessari per la sua integrazione nel menoma e per il suo spostamento in altre posizioni nel cromosoma. Ci sono due tipi di trasposoni :

TRASPOSONI COMPOSITI : contengono una regione centrale contenente geni fiancheggiata da entrambi i lati da un IS. Entrambi gli IS sono chimati IS-L ( left ) e IS-R ( right ). Gli enzimi sono sintetizzati da geni che si trovano nelle IS terminali. TRASPOSONO NON COMPOSITI : contengono geni ma a differenza degli altri non contengono le IS ma contengono alle loro estremita delle sequenze ripetute necessarie per la trasposizione. Gli enzimi perla trasposizione sono codificati da geni della regione centrale dei trasposoni non compositi. Al pari degli altri quando si muovono causano duplicazione del sito bersaglio.

NOTA CHIAVE Gli elementi trasponibili sono segmenti particolari di DNA che possono inserirsi in piu posizioni nel menoma. Le 2 classi principali di elementi genici trasponobili dei procarioti sono le SEQUENZE DI INSERZIONE IS, e i TRASPOSONI Tn.

GLI ELEMENTI GENICI TRASPONIBILI NEGLI EUCARIOTI :

Gli elementi genici trasponibili degli eucarioti hanno geni che codificano gli enzimi necessari per la trasposizione e possono influenzare la funzione di ogni gene attivandolo o disattivandolo o mutandone lespressione. I trasposoni sono gli elementi genici trasponibili tipici degli eucarioti. I trasposoni possono trasporre in un nuovo sito lasciando nel nuovo sito una copia di se stessi oppure possono excidere. Quando lexcissione e imperfetta si hanno delle delezioni ed in seguito ad eventi di ricombinazione si possono originare riarrangiamenti cromosomici quali inversioni o duplicazioni. Mentre la maggior parte dei trasposoni si muove con un meccanismo che prevede il passaggio da DNA a DNA , alcuni trasposoni eucarioti traspongono attraverso un intermedio a RNA sintetizzato da una trascrittasi inversa codificata dal trasposone e assomigliano quindi ai retrovirus.

I RETROTRASPOSONI UMANI : E importante citare le sequenze SINE ( bravi sequenze intersperse ) e le sequenze LINE ( lunghe sequenze intersperse ) che s i trovano nella classe di sequenze moderatamente ripetute. VEDERE INTERNET E ALTRI APPUNTI.

CAPITOLO 21 GENETICA : MUTAZIONI CROMOSOMICHE Punti principali : Mutazioni come cambiamento della normale struttura o numero dei cromosomi. Esse possono essere spontanee oppure indotte. Una DELEZIONE la perdita di un tratto di DNA. Una DUPLICAZIONE laggiunta di una o piu copie extra di DNA. Un INVERSIONE un cambiamento dellorientamento di un segmento di DNA allinterno di un cromosoma. Una TRASLOCAZIONE lo spostamento di un tratto di DNA in un'altra porzione del menoma. La variazione del numero di cromosomi di una cellula comprendono lANEUPLOIDIA ( uno due o pochi cromosomi interi in piu o in meno ) la MONOPLOIDIA ( ciascuna cellula possiede un solo assetto cromosomico ) e la POLIPOIDIA ( presenza di un numero di assetti cromosomi superiore a 2 ).

VARIAZIONI DELLA STRUTTURA DEI CROMOSOMI Esistono 4 tipi di mutazioni cromosomiche che alterano la struttura dei cromosomi : 1) DELEZIONI Mutazione cromosomica in cui un tratto di un cromosoma e mancante e sono dovute alla rotture di tratti di cromosoma che non possono essere revertite. Le conseguenze di una delezione dipendono dai geni o dalle parti di geni che vengono rimossi. In un individuo diploide eterozigote per una delezione puo essere normale. Se pero il suo omologo contiene geni recessivi con effetti deleteri le conseguenze sono gravi. Se la delezione avviene con perdita di centromero il risultato e un cromosoma ACROCENTRICO ossia senza centromero che va solitamente perso durante la meiosi che porta alla perdita nel genoma di un intero cromosoma. Negli individui eterozigoti le delezioni hanno come conseguenza delle anse non appaiate , visibili alla sinapsi dei due omologhi alla meiosi. La delezione dellallele dominante in un eterozigote ha come conseguenza il manifestarsi a livello fenotipico dellallele recessivo. La manifestazione inattesa di un carattere recessivo determinata dallaaenza di un allele dominante e definita PSEUDODOMINANZA. Un certo numero di malattie delluomo e causato dalla presenza di delezioni di tratti cromosomici , generalmente la manifestazione della malattia e presente solo in individui eterozigoti perche gli omozigoti muoiono. SINDROME DEL CRI-DU-CHAT : dovuta a delezione visibile di una parte del BRACCIO CORTO del cromosoma 5. il neonato per problemi alla faringe emette un pianto simile al miagolio del gatto. SINDROME DI PRADER-WILLI : delezione eterozigote del BRACCIO LUNGO del CROMOSOMA 15. Colpisce prevalentemente i maschi e i malati presentano una malnutrizione nei primi anni di vita per la loro incapacit di succhiare il latte e una fame vorace dopo i 6-7 anni che porta ad obesit.

2) DUPLICAZIONI Mutazione che deriva dal raddoppiamento di un tratto di un cromosoma e i segmenti duplicati possono trovarsi in diversi punti del cromosoma oppure in una disposizione in TANDEM ( luni vicino allaltro testacoda : Ex. BC-BC ) Se il tratto duplicato presenta un ordine di geni al contrario rispetto alloriginale allora parliamo di una DUPLICAZIONE IN TANDEM INVERSA Quando i segmenti duplicati sono disposti in tandem allestremita di un cromosoma parliamo di DUPLICAZIONE IN TANDEM TERMINALE.

Il CROSSING-OVER INEGUALE puo verificarsi quando i cromosomi omologhi non si appaiano nel modo corretto. Un crossing-over nella regione di appaiamento sbagliato dara origine a gameti con una duplicazione o una delezione. IL CASO DELLEMOGLOBINA : Le molecole di emoglobina contengono due copie di due diverse subunita: il polipeptide di tipo -GLOBINA e il polipeptide di tipo -GLOBINA. I geni per ciascuno dei polipeptidi di tipo -GLOBINA sono raggruppati insieme in un unico cromosoma mentre i geni per ciascuno dei polipeptidi di tipo -GLOBINA sono su un altro cromosoma.

3) INVERSIONE Mutazione cromosomica che si verifica quando un segmento cromosomico viene exciso e poi reintegrato nel cromosoma dopo rotazione di 180 gradi. Un INVERSIONE PERICENTRICA comprende il centromero. Un INVERSIONE PARACENTRICA non comprende il centromero Un esempio : se lordine normale dei geni su un cromosoma e ABCDEF , e il tratto BCD viene invertito avremo una sequenza di geni ADCBEF. Se linversione e omozigote la meiosi e normale e non ci sono conseguenze fenotipiche. Daltra parte un crossing-over entro un inversione eterozigote in cui un cromosoma presenta un segmento invertito , ha delle gravi conseguenze genetiche. Nelle inversioni ETEROZIGOTE PARACENTRICHE i cromosomi omologhi tentano di appaiarsi in modo da raggiungere un appaiamento tra le basi il piu preciso possibile. Data la presenza di un tratto invertito su un omologo , lappaiamento dei cromosomi omologhi richiede LA FORMAZIONE DI UN ANSA. Che comprendano i tratti invertiti. 4) TRASLOCAZIONE Mutazione cromosomica in seguito al quale vi e un cambiamento nella posizione di un segmento cromosomico nel menoma. TRASLOCAZIONE INTRACROMOSOMICA implica un cambiamento di posizione allinterno del cromosoma. TRASLOCAZIONE INTERCROMOSOMICA implica una spostamento di un segmento cromosomico da un cromosoma ad un cromosoma non omologo. Se questa implica solo una spostamento di un segmento da un cromosoma ad un altro questa viene detta TRASLOCAZIONE NON RECIPROCA se invece avviene uno scambio di segmenti cromosomici allora abbiamo una TRASLOCAZIONE RECIPROCA. Nei cappi omozigoti per una traslocazione reciproca la meiosi avviene normalmente perche tutti i cromosomi omologhi possono appaiarsi normalmente Ne ceppi eterozigoti per una traslocazione reciproca le diverse parti dei cromosomi omologhi si appaiano come meglio possono. Dato che sono coinvolti un assetto di cromosomi normali e un assetto di cromosomi traslocati , la conformazione finale sara una conformazione a croce alla profase dela meiosi I.

Queste figure a croci sono costituite da 4 cromosomi associati ed ogni cromosoma e parzialmente omologo ad altri due cromosomi del gruppo. ( Vedi pag 641 libro genetica o vedi in internet delle immagini )

EFFETTO DI POSIZIONE Le inversioni o le traslocazioni almeno che non implichino rotture allinterno di un gene , non determinano fenotipi mutati. Queste mutazioni hanno piuttosto conseguenze significative alla meiosi quando si trovano in eterozigoti con le sequenze normali. Daltra parte alcune volte si verificano effetti fenotipici determinati da inversioni o traslocazioni a causa di un fenomeno definito EFFETTO DI POSIZIONE vale a dire un cambiamento nellespressione fenotipica di uno o piu geni in conseguenza di un cambiamento di posizione nel menoma. Ad esempio puo verificarsi un effetto di posizione se un gene normalmente localizzato nelleucromatina viene spostato vicino alleucromatina.

SITI FRAGILI E SINDROME DELL X FRAGILE Alcuni cromosomi presentano delle STROZZATURE o regioni non colorate definite SITI FRAGILI. Una condizione delluomo associata al sito fragile e la SINDROME DELLX FRAGILE. In conseguenza della quale lX tende facilmente a rompersi in corrispondenza di un sito localizzato nel braccio lungo del cromosoma X. Il cromosoma X fragile viene ereditato come un normale gene mendeliano. Malattie legate allX fragile : Ritardo mentale Distrofia miotonia Atrofia muscolare spinale Malattia di Huntington

Ognuna di queste malattie e causata da un numero sovrabbondante di triplette ripetute di CGG che in questi casi sono dellordine di 50-200 copie invece di ca. 29 ripetizioni.

VARIAZIONI DEL NUMERO DI CROMOSOMI Quando un organismo o una cellula ha un assetto di cromosomi o un multiplo esatto di assetti completi , tale organismo o cellula viene detto EUPLOIDE. Una cellula ANEUPLOIDE e caratterizzata da un numero cromosomico che non e multiplo esatto dellassetto cromosomico normale. TIPI DI ANEUPLOIDIA : NULLISOMIA : implica la perdita di un paio di cromosomi omologhi vale a dire: la cellula e 2N-2

MONOSOMIA : consiste nella perdita di un singolo cromosoma , vale a dire la cellula e 2N-1 TRISOMIA : implica un singolo cromosoma in piu : la cellula e 2N+1( trisomia 21 : Down ) TETRASOMIA : implica un paio cromosomico in piu : la cellula e 2N+2

TRISOMIA 21 : SINDROME DI DOWN Avviene quando ci sono tre copie del cromosoma 21. Puo essere causatala una non disgiunzione a livello della meiosi I oppure puo essere causata da una TRASLOCAZIONE ROBERTSONIANA che porta alla formazione di tre copie del baccio lungo del cromosoma 21 ed e definita SINDROME DI DOWN FAMILIARE. Una TRASLOCAZIONE ROBERTSONIANA e un tipo di traslocazione in cui due cromosomi acrocentrici ( con i centromeri vicini allestremita ) non omologhi si rompono a livello dei centromeri e i bracci lunghi si ritrovano attaccati ad un unico centromero. I bracci corti si uniscono a loro volta a formare il prodotto reciproco che generalmente contiene geni non essenziali e viene abitualmente perduto TRISOMIA 13 Determina la SINDROME DI PATAU che presenta nei soggetti malati problemi quali : LABIOSCHISI , PALATOSCHISI , OCCHI PICCOLI , POLIDATTILIA , RITARDO MENTALE. TRISOMIA 18 Causa la SINDROME DI EDWARDS . Circa l80% dei bambini con sindrome di down sono femmine e presentano malformazioni in tutti gli organi del corpo . Dita flesse , cranio allungato , orecchie basse , ritardo mentale. CAMBIAMENTI RELATIVI AD INTERI ASSETTI CROMOSOMICI La MONOPLOIDIA e la POLIPLOIDIA implicano variazioni del numero di interi cromosomi e per questo sono entrambi EUPLOIDI. Quando avviene una non disgiunzione meiotica che coinvolge tutti i cromosomi , se tale non disgiunzione avviene alla meiosi I , meta dei gameti non ha alcun assetto cromosomico e laltra meta ha 2 assetti cromosomici. Se tale nondisgiunzione avviene alla meiosi II meta dei gameti ha un unico assetto cromosomico normale , ha 2 assetti cromosomici e non ha alcun assetto cromosomico. La fusione di un gamete con 2 assetti cromosomici con un gamete normale dara origine a uno zigote polipoide che avendo in questo caso tre assetto cromosomici sara triploide ( 3N ). MONOPLOIDIA Lindividuo monoploide ha un solo assetto cromosomico invece dei due assetti normali. POLIPLOIDIA Linidividuo polipoide ha un numero di assetti che e multiplo del numero normali di assetti cromosomici.

Quindi nel caso delluomo si parla di poliploidia per individui con assetto cromosomico 3N , 4N , 5N. ALLOPOLIPLOIDIA Gli assetti cromosomici implicati derivano da specie diverse. Questa situazione puo originarsi se 2 specie diverse vengono incrociate producendo un individuo con 2 assetti cromosomici apolidi provenienti da ciascun genitore erpoi entrambi gli assetti cromosomici vengono raddoppiati. FINE ( vedere solo genetica delle popolazioni ).