DNA RNA PROTEINE

Dogma centrale

• La struttura primaria delle proteine

• Destinazione delle proteine all’interno della cellula

• Presenza o assenza della proteina in un determinato tipo cellulare o in un determinato momento della vita cellulare

• La struttura primaria di RNA non tradotti

Il Genoma cellulare specifica:

• Il DNA è un lungo polimero lineare che contiene l’informazione genetica.

• L’informazione genetica è contenuta nell’ordine lineare dei nucleotidi.

• Si trova nel nucleo delle cellule eucariotiche sotto forma di cromatina o di cromosomi.

• Il contenuto di DNA di una cellula e l’informazione in esso contenuta rappresenta il genoma della cellula

Dimensioni

del Genoma Umano Aploide

3*109 bp

• TTCAGGAAATGACCCCTTTGCCCCGTCTGAAGGTAGTGCAGAGGCTGCACCTGAGCTGGACCTCTTTGCAATGAAGCC

ACCTGAGACCAGTGTTCCTGTAGTTACCCCTACAGCTAGCACAGCCCCTCCGGTTCCCGCAACTGCTCCTTCTCCTGCT

CCTGCCGTTGCAGCTGCTGCTGCTGCCACTACTGCTGCCACCGCCGCTGCCACCACCACTACCACCACCTCCGCTGCC

ACCGCCACCACTGCTCCTCCTGCTCTAGATATCTTTGGTGATTTATTTGAGTCCACTCCTGAAGTTGCTGCAGCGCCTA

AGCCAGATGCTGCTCCTAGCATAGACCTGTTTAGTACAGATGCTTTCTCCTCTCCACCACAAGGGGCCTCTCCTGTGCC

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AAGGTGGATTCTTCAGGTGTCATAGACCTTTTTGGGGATGCATTTGGAAGTAGCGCTTCTGAACCCCAACCTGCATCTC

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AGTGACTCCAGCTCAGAATAACCTGCTACAGCCCAATTTTGAGGCAGCTTTTGGGACAACGCCTTCAACTTCCAGCAGC

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CTTAGTAGGCAATCTTGGAATTTCTGGTACCACAACAAAAAAGGGAGATCTTCAGTGGAATGCTGGAGAGAAAAAGTTG

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TGCTTTTTTGGACTTCACCTGAGGACAGATGATGCAGCTGTTGTGTGGCGAGCTATTTGGAAAGACGTCTGTGTTTTTG

AAGGTTTCAATGTACATATAACTTTTGAACAAACCCCAAACTCTTCCCATAAATTATCTTTTCTTCTGTATCTCTGTTACAA

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AGGTTAACGTCCATAATAAATACTTCTCTTTGAAGCTACCTTATCAAGAACGAAAAATCGTATGGGAAGAATCCCCTATTT

ATCACTGCTATATTAAAATATATATATTTTAATTATATTTGACAGGTTTTGCATCTAAATTGACCTATTTATTCATTCTTGAT

TAAATGCACTGAAAAGTAAAGGGTCTGTTTGTGTCATGTTCATGAAAATGCGGTTAGAGAGGTGCTATTCAAGTGATTCT

GAAGGCACCCCAAGGTATATCTGTAATTTAAAGATTACTGCAAATATCTTTACTTTACTGTGGGTTTTTAGTACATCTGTT

AATTTAGTGTTTCTTTGTGTGTTTTGTAGACTAGTGTTCTTCCATCCTTCAACTGAGCTCAAAGTAGGTTTTGTTGTAACA

TTGTGATTAGGATTTAAACTAATTCAGAGAATTGTATCTTTTACTGTACATACTGTATTCTTTAAGTTTTAATTTGTTGTCAT

ACTGTCTGTGCTGATGGCTTGGCTTAAGATTTTGATGCATAAATGAGGTCACTGTTGATCAGTGTTGCTAGTAGCTTGG

CAGCTCTTCATAAAAGCATATTGGGTTGGAAAGGTGTTTGCCTATTTTTCAAATTATTTAATAGATGTATGGTACCATTTA

AAAGTGGTTGTATCTGAATTTACTGTGGGGATAACATACACTGTAATGGGGAAAAATTACCTAAAACCAATTTCAAAATG

GCTTTCTTTGTATTTCAGTTTAAAAACCCAGTGCATGTACGCCCTCTGAGATGCAATAAACACCTTGAACAAAG

3*109

150*106

1-5*106

I nucleotidi sono i monomeri

che costituiscono gli acidi

nucleici

Lo zucchero può essere:

• Ribosio nell’RNA

• Desossiribosio nel DNA

Basi azotate

DNATimina Citosina Guanina Adenina

RNAUracile Citosina Guanina Adenina

Appaiamento delle basi nel DNA

La struttura del DNA permette la trasmissione

dell’informazione genetica nelle diverse cellule di un organismo e

nelle successive generazioni

La struttura del DNA permette la trasmissione

dell’informazione genetica nelle diverse cellule di un organismo e

nelle successive generazioni

•Duplicazione

•Divisione cellulare

La cromatina

La cromatina è una costruzione

sovramolecolare costituita

dalle molecole di DNA genomico

e

da due diverse classi di proteine

Le proteine della cromatina sono:

• Gli istoni

• Proteine non istoniche

Gli istoni

• Sono presenti nel nucleo in quantità

pressochè uguale a quella del DNA

• Sono proteine ricche di carica elettrica

positiva perché ricche di aminoacidi basici

(lisina e arginina)

• Possono essere suddivise in 5 classi

Classi di istoni

H1 – H2A – H2B – H3 – H4

Le quattro classi di istoni H2A – H2B – H3 – H4 sono tra le proteine più

conservate dal punto di vista evolutivo:

la loro sequenza aminoacidica è estremamente simile in tutti gli esseri

viventi

L’unità base della cromatina è il nucleosoma.

E’ costituito da DNA avvolto attorno ad un

ottamero di istoni

Gli istoni che costituiscono il nucleosoma sono:

2H2A – 2H2B – 2H3 – 2H4

Il nucleo del nucleosoma è costituito da

146 bp di DNA.

Due nucleosomi consecutivi sono riuniti

dall’istone H1

Il compattamento del DNA nel nucleosoma produce una fibra di cromatina di circa 10 nm di diametro. La cromatina è ulteriormente condensata a formare una fibra di 30 nm di diametro.

L’organizzazione base della cromatina è una struttura a collana

di perle

Un segmento di DNA della lunghezza di

140 bp si avvolge attorno ad ogni

ottamero di istoni (la perla), formandovi

circa due giri che aderiscono stabilmente

alla superficie dell’ottamero mediante

legami ionici

La molecola di DNA (il filo) si estende

con continuità per tutta la sua

lunghezza da un nucleosoma all’altro,

lasciando tra loro un tratto di

collegamento di circa 60 bp

La presenza dell’istone H1 dà origine

ad una struttura più compatta di

30nm

(Fibra di 30 nm)

DNA PACKAGING

Eterocromatina struttura più compatta – DNA inattivo

Eucromatina struttura più rilassata – DNA attivo

La cromatina ha una struttura dinamica

Il rimodellamento della cromatina

il primo livello di regolazione dell’espressione genica

dipende da diversi fattori

Modificazioni covalenti

degli istoni

Braccio corto (p)

Braccio lungo (q)

RNA

Non coding RNAs

Classes of eukaryotic cellular RNAs

• ribosomal RNA (rRNA)

18S (small subunit)

28S (large subunit)

5.8S (large subunit)

5S (large subunit)

• transfer RNA (tRNA)

• messenger RNA (mRNA)

• heterogeneous nuclear RNA (hnRNA) (precursors of mRNA)

• small nuclear RNA (snRNA)

U1, U2, U3, U4, U5, U6, U7, U8, U9, U10...

• small cytoplasmic RNA (scRNA)

7SL RNA

What are the enzymes responsible for the synthesis of these RNAs?

The human RNA polymerases

Polymerase Location Product

RNA polymerase I nucleolus 18S, 28S, 5.8S rRNA

RNA polymerase II nucleoplasm hnRNA/mRNA,

U1, U2, U4, U5 snRNA

RNA polymerase III nucleoplasm tRNA, 5S RNA,

U6 snRNA, 7SL RNA

mitochondrial

RNA polymerase mitochondrion all mitochondrial RNA

Regulatory Non coding RNAs

microRNA

I MicroRNAs (miRNAs) sono dei piccoli RNAs

non codificanti (21 – 25 nucleotidi)

che regolano negativamente l’espressione genica a

livello post-trascrizionale.

Regolazione dell’espressione genica

miRNA

Riconoscono e si legano a sequenze localizzate nelle

regioni 3’ non tradotte (3’UTR) di specifici mRNAs ed

effettuano un meccanismo di “hetero-silencing”

degradando il messagero target o bloccando la

traduzione.

•

WHAT IS A microRNA?

MicroRNAs (miRNAs) are endogenous ~22 nt long

RNAs that can play important regulatory roles

in animals and plants by targeting mRNAs for

cleavage or translational repression.

By this way they can influence the output

of many protein-coding genes.

[David P. Bartel, Cell, Vol. 116, 281–297, January 23, 2004]

The MicroRNA Spectrum in 12 Body Fluids,

Clinical Chemistry (2010)

Jessica A. Weber,1 David H. Baxter,1 Shile Zhang,1 David Y. Huang.

miRNAs can act not only within cells producing them, but also at

other sites within the body

Circulating miRNAs

as therapeutic

agents

Circulating miRNAs

as non-invasive

cancer biomarkers

Luc Gailhouste et al Frontiers in Bioscience 18, 199-223, January 1, 2013

microRNA circolanti