Meccanismi di scambio genetico nei batteri I batteri si scambiano materiale genetico mediante tre differenti processi parasessuali.La coniugazione: coinvolge il trasferimento diretto di Dna da una cellula donatrice ad una ricevente, è un processo che richiede il contatto cellulare e non è sensibile alla Dnasi perché il dna è protetto dalle pareti e membrane cellulari.La trasformazione: comporta l assorbimento di molecole di dna libere rilasciate da un batterio( la cellula donatrice) da parte di un altro batterio (la cellula ricevente), è un processo che non avviene per contatto cellulare ed è sensibile alla Dnasi perché il dna rilasciato non è protetto dall enzima.La trasduzione: si verifica quando i geni batterici sono trasportati da una cellula ad un'altra mediante un batteriofago, è un processo che non richiede il contatto cellulare e non è sensibile alla Dnasi perché il dna è protetto dalle proteine di rivestimento del batteriofago.I tre processi possono essere distinti mediante due criteri: se il processo richiede il contatto cellulare o se è sensibile alla Dnasi. Questi tre processi parasessuali non si verificano in tutte le specie batteriche; infatti l unico processo che probabilmente si verifica in tutti i batteri è la trasduzione. La trasformazione o la coniugazione dipendono dalla specie e dalla precedente storia evolutiva ad esempio e coli non contiene i geni che codificano le proteine richieste per assorbire il dna libero quindi la trasformazione non si verifica in e coli ma presenta solamente la coniugazione e la trasduzione.La trasformazioneMeccanismo di trasformazione in pneumococco: il dna a doppio filamento viene agganciato da un recettore sulla superficie di una cellula competente. Appena viene tirato all interno, un filamento del dna viene degradato e l'altro filamento è protetto dalla degradazione mediante una proteina di rivestimento che lo lega. Con l aiuto di importanti proteine che mediano la ricombinazione, il singolo filamento del dna trasformante invade il cromosoma della cellula ricevente, appaiandosi con il filamento complementare del DNA e rimpiazzando quello ad esso equivalente, il filamento sostituito viene quindi degradato. Se le cellule riceventi e donatrici portano differenti alleli di un gene, la risultante doppia elica ricombinante avrà un allele su un filamento e l'altro sul secondo filamento. Questo tipo di Dna a doppia elica , che viene detto etero duplex segrega poi in due omoduplex quando viene replicato.ConiugazioneDurante la coniugazione il dna viene trasferito da una cellula donatrice ad una cellula ricevente attraverso un canale intercellulare specializzato, un ponte di coniugazione he si forma fra le due. Le cellule donatrici hanno appendici sulla superficie cellulare, chiamate pili F. La sintesi di questi pili è controllata dia geni presenti su una piccola molecola circolare di Dna, chiamata fattore F. I batteri che contengono un fattore F sono in grado di trasferire geni ad altri batteri. I pili F di una cellula donatrice prendono contatto con una cellula ricevente che manca del fattore ed aderiscono ad essa, e poi le due cellule vengono tirate vicine l una all altra. I pili F sono coinvolti solo nello stabilire il contatto cellulare, non nel trasferimento del dna. Dopo che i pili F portano le due cellule vicino, si forma tra le cellule un canale diretto, o ponte di coniugazione. La formazione di questo ponte è controllata da geni presenti sul fattore F. Il dna viene trasferito attraverso questo canale. Il fattore F può esistere in due stati: uno stato autonomo, in cui esso si replica indipendentemente dal cromosoma batterico e uno stato integrato, in cui è covalentemente inserito nel cromosoma batterico e si replica come parte del medesimo. Gli elementi genetici che hanno questa proprietà sono chiamate episomi. Una cellula donatrice che trasporta un fattore F autonomo viene detta cellula F+. Una cellula ricevente che manca del fattore F è detta cellula F-. Quando una cellula F+ coniuga con una F- viene trasferito solo il fattore F, entrambe le cellule divengono cellule F+, perché il fattore F viene replicato durante il trasferimento ed ogni cellula ne riceve una copia. Il fattore F può

integrarsi nel cromosoma batterico mediante eventi di ricombinazione sito-specifica. Una cellula che porta un fattore F integrato è chiamata cellula Hfr. Studi con differenti ceppi Hfr hanno rivelato che il trasferimento genico può essere iniziato in differenti siti sul cromosoma. oggi sappiamo che il fattore F può integrarsi in molti differenti siti nel cromosoma di e coli e che il sito di integrazione determina dove inizia il trasferimento in ogni ceppo Hfr. Inoltre l orientamento del fattore integrato se in senso orario o antiorario determina lo schema di trasferimento dei geni relativamente alla mappa di associazione di e coli. Il trasferimento di un cromosoma completo da un ceppo Hfr ad una cellula F richiede circa 100 minuti e sembra procedere secondo un ritmo abbastanza costante. Quindi, il tempo richiesto per trasferire i geni durante la coniugazione può essere utilizzato per determinare una mappa dei geni sul cromosoma batterico. Una distanza di mappa di un 1min corrisponde ad una lunghezza di un segmento cromosomico trasferito in 1 minuto di coniugazione in condizioni standard. La mappa di associazione di e coli è quindi divisa in intervalli di 100 min. La coordinata 0 di questa mappa circolare è stata arbitrariamente localizzata nel gene thrA.TrasduzioneZinder e Lederberg scoprirono la trasduzione quando durante la creazione di ceppi produssero rari prototrofi e videro che quando crescevano i ceppi in un mezzo contenente Dnasi, ma separati in due bracci di tubo a forma di U si formavano comunque prototrofi ricombinanti. L insensibilità alla dnasi permise di escludere che il meccanismo potesse essere la trasformazione, mentre il mancato contatto cellulare escluse il meccanismo della coniugazione. Esperimento successivi dimostrarono che uno dei ceppi era infettato da un virus, il batteriofago p22 e che qst virus trasportava geni da una cellula ad un'altra. Studi successivi hanno rivelato che esistono due differenti tipi di trasduzione. Nella trasduzione generalizzata un frammento casuale di Dna batterico viene impacchettato nella testa del fago al posto del cromosoma fagico. Nella trasduzione specializzata si verifica un evento di ricombinazione tra il cromosoma ospite ed il cromosoma fagico, producendo un cromosoma fagico che contiene un pezzo di Dna batterico. Le particelle fagiche che contengono Dna batterico vengono chiamate particelle trasducenti. Le particelle della trasduzione specializzata contengono sempre sia dna fagico che dna batterico mentre quelle della trasduzione generalizzata contengono solo dna batterico.L esito della trasduzione non è sempre la generalizzazione di un trasmutante (batterio ricombinante), si può avere una trasduzione abortiva , o il fallimento di essa per degradazione del Dna trasdotto. Con la trasduzione generalizzata si può facilmente valutare la associazione tra geni come percentuale di trasduttanti per un dato marcatore selezionato che hanno acquisito dal donatore anche un gene vicino in forma allelica diversa. È possibile valutare la associazione tra geni mediante trasduzione come in trasformazione tenendo conto che nonostante la omogenità di dimensione dei frammenti in trasduzione, questi si incorporano tuttavia in modo casuale nei fagi trasducenti.Trasduzione generalizzataNella trasduzione generalizzata i fagi possono trasportare qualsiasi gene batterico da una cellula ad un'altra da qui il termine generalizzata. I fagi più conosciuti sono il P22 ed il P1 in E. Coli. Solo l 1,5% delle particelle fagiche prodotte dai batteri infettati con uno dei due contenente Dna batterico e solo l 1-2% del Dna trasferito viene incorporato nel cromosoma della cellula ricevente mediante ricombinazione. Quindi il processo è abbastanza insufficiente la frequenza di trasduzione per un dato gene batterico è pari a circa 1 su 10^6 particelle fagiche. Trasduzione specializzataLa trasduzione specializzata è caratteristica di virus che trasferiscono solo certi tipi di geni tra batteri. Il batteriofago lambda è il fago trasducente specializzato conosciuto in modo più approfondito. Esistono dei batteriofagi che dopo l infezione possono scegliere due modalità di

replicazione, il ciclo litico o qll lisogeno. Per instaurare la lisogenia nel batterio il genoma di lamda si deve integrare nel cormosoma batterico come profagoe deve rimanerci fino all induzione: per farlo un comlesso sistema di regolazione genica promuove l integrazione alla Campbell per singolo scambio tra due molecole circolari. Si scopri che il fago era integrato come profago grazie all induzione zigotica, lisi dopo il trasferimento per coniugazione da un donatore Hfr lisogeno ad un ricevente F non lisogeno. La trasduzione specializzata del marcatore gal+ è la conseguenza di una escissione anomala del profago.Concetto di gene e test di complementarietàNei primi anni 40 lewis mise a punto il test di complementazione, o test cis-trans, per analizzare l allelismo funzionale in drosophila. Questo tipo di analisi fu rielaborato da Benzer per definire sperimentalmente il concetto di gene nel batteriofago T4. Il test di complementazione fornisce una definizione operativa del gene, consentendo di stabilire se due mutazioni indipendenti siano avvenute nello stesso gene o in due geni differenti. Possiamo definire il gene come l unità di informazione genetica che controlla la sintesi di un polipeptide o di una molecola di rna strutturale. Secondo questa definizione, un gene può essere identificato operativamente con il test di complementazione come tale il gene comprende anche le regio ni 5’ e 3’ no codificanti e le sequenze introniche.Il test di complementazioneI test in cis vengono effettuati costruendo eterozigoti in cis per ciascuna coppia di mutazioni da analizzare e determinando se esprimono fenotipo selvatico o mutante. Il test in trans non può essere utilizzato per determinare mutazioni dominanti, il risultato del test di complementazione o trans può essere utilizzato per stabilire se due mutazioni sono localizzate nello stesso gene o in geni differenti. Negli organismi diploidi, l eterozigote in trans viene prodotto incrociando organismi omozigoti per ciascuna delle mutazioni di interesse. Nei virus gli eterozigoti in trans vengono prodotti infettando contemporaneamente le cellule ospiti con i due mutanti differenti. I risultati del test di complementazione :-Se l eterozigote in trans ha il fenotipo mutante le due mutazioni sono localizzate nella stessa unità di funzione, nello stesso gene.- se l eterozigote in trans ha il fenotipo selvatico , le due mutazioni si trovano in due unità funzionali differenti in due geni differenti.Il gene viene definito operativamente come unità funzionale del test di complementazione o test in trans, che viene utilizzato per determinare se le mutazioni sono localizzate nello stesso gene od in geni differenti. Questo test è uno dei tre mezzi basilari a disposizione della genetica, gli altri due sono la ricombinazione e la mutazione. Le infrmazioni fornite dal test di complementazione sono totalmente diverse da quelle ottenute dalle analisi di ricombinazione. I risultato ottenuti dal test di complementazione indicano se le mutazioni sono alleliche, mentre quelle delle analisi di ricombinazione indicano se sono associate e se così permettono di determinare la distanza sul cromosoma.Il locus RII del batteriofago T4I mutanti RII sono letali condizionali, questa letalità condizionale rappresenta un potente mezzo per selezionare rari ricombiananti selvatici r+ prodotti in incroci genetici. Benzer studiò la letalità condizionale dei mutanti RII per costruire una mappa dettagliata del locus RII. A causa della caratteristica morfologica di placca, i mutanti r sono facilmente distinguibili dai fagi selvatici. I mutanti r sono poi stati analizzati per la loro capacità di crescita su e coli K12 () per eliminare i mutanti rI e rIII proprio perché solo i mutanti r II sono incapaci di crescere su e coli k12.Il test di complementazione dimostra che il locus rII è costituito da due geni.Benzer prosegui ottenendo la prima mappa per ricombinazione intragenica ottenuta con incroci a due fattori tra diversi mutanti di rII. Benzer mappò circa 60 mutanti utilizzando questo metodo con incroci a due fattori, tuttavia questa metodica era molto faticosa avrebbe

impiegato molti anni per mappare tutte le 2400 mutazioni utilizzando gli incroci a due o a tre fattori. Cosi sviluppo un nuovo sistema più efficiente la mappatura per delezione e lo utilizzò per completare la mappa dei loci RII in pochi anni.Mappatura per delezioneApplicando delezioni casuali di diversa estensione, la ricombinazione può avvenire solo tra le regioni non delete, un gene grazie alle diverse estensioni delle delezioni può essere suddiviso in regioni. Una ricombinazione puntiforme darà ricombinanti per scambio che avviene solo nella regione non deleta del mutante. Se le regioni I e II sono delete nel mutante , se troviamo ricombinanti nell incrocio con la nuova mutazione , questa sarà localizzata in regione III.Test di complementazione Si sottoponevano nuovi alleli mutanti ad un semplice test, l incrocio tra i due mutanti recessivi per mutazioni isolate indipendentemente, con lo stesso fenotipo, dicevano se appartenevano allo stesso gene o no: se fossero state nello stesso gene , l eterozigote avrebbe mostrato il fenotipo mutato, nel caso si fosse trattato di mutazioni in geni diversi il fenotipo sarebbe stato wild type, questo è il test di complementazione. Con il test di complementazione la mappa venne ulteriormente raffinata.Mutazioni geniche e ricombinazioneLa variabilità genetica deriva da due tipi di cambiamenti nella molecola di dna:1)Mutazioni-geniche -cromosomiche di numero o di struttura2)Ricombinazione -omologa attraverso il crossing over-traspositivaMutazioniLe mutazioni geniche , coinvolgono le sequenze di un singolo gene se il prodotto genico è alterato si avrà l espressione fenotipica.Le mutazioni cromosomiche, coinvolgono interi cromosomi, alterandone il numero o la struttura.Possiamo quindi distinguere le mutazioni in diverse categorie:-morfologiche-letali-biochimiche (auxotrofe nei microorganismi)- condizionali (il fenotipo appare solo in condizioni restrittive , in condizioni permissive la mutazione è mantenuta e trasmessa) questa caratteristica può accompagnare le prime 3 categorie.-di resistenza a fattori selettivi-di comportamentoTipi di mutazioni:-sostituzione di un nucleotide con conseguenza a livello del Dna- transizione: la base è sostituita da una base dello stesso tipo chimico, una purina dall altra purina, una pirimidina dall altra pirimidina.-transversione: la base è sostituita da una base d tipo chimico diverso, purina da pirimidina e viciversa.-sostituzioni nucleotidiche con conseguenze a livello di catena polipeptidica-Mutazione silente una tripletta diversa esprime stesso aminoacido-Mutazione sinonima (neutra): gat>gag da tripletta per Asp a tripletta per Glu, entrambi aminoacidi con carica ed acidi-Mutazione di senso: la tripletta codifica un AA diverso e nn funzionante.-Mutazione stop (non senso): genera una tripletta che da lo stop alla traduzione

-perdita o aggiunta di uno o più nucleotidi (frameshift) comporta un cambiamento di tutta la sequenza di AA da quel punto ed in genere uno stop precoce.Mutazione somatica o germinaleMutazione somatiche non saranno trasmesse alla progenie, salvo per gli organismi che si riproducono per via asessuata, a seconda del momento in cui si generano potranno generare un clone di cellule mutate piò o meno esteso, sono importanti se riguardano certi geni, di gerarchia elevata nella divisione cellulare o nel differenziamento o nella riparazione del dna, detti protooncogeni o oncorepressori, perché determinano la trasformazione tumorale.Mutazioni germinali colpiscono le cellule sessuali e l individuo che subisce una mutazione di qst tipo è fenotipicamente normale ma genererà progenie malata.Origine delle mutazioni genicheLe mutazioni sopravvengono in un sito di danno al dna, la natura delle mutazioni è correlata al tipo di danno al dna o lesione premutazionale che caratterizza il sito.Possiamo distinguere mutazioni spontanee o indotte Le mutazioni spontanee sono dovute al tasso di mutabilità spontaneo del genoma di quella data specie.Le mutazioni indotte qualora direttamente correlabili al trattamento con un agente chimico o fisico che ha danneggiato il dna.Le mutazioni causate da errori di replicazioni sono per definizione spontanee, seconfrontate a quelle dovute a una modificazione di una base.Sindrome dell x fragileÈ la seconda patologia per frequenza di grave ritardo mentale, la sindrome dell x fragile colpisce 1/1250 maschi e 1/2500 femmine eterozigoti, con sintomi di grave ritardo mentale. La sindrome dell x fragile FRAXA è dovuta all espansione anomala della tripletta CGG, nei soggetti maschi che in genere è presente in 200-1300 copie, in una regione trascritta e non tradotta del gene FMR1, con riduzione dell espressione del gene, per ora a funzione ignota.Malattiadi Kearns-Sayre, una encefalopatia miotonica, è dovuta a delezione di 5000bp nel dna mitocondriale che provoca difetto della fosforilazione ossidativa e alterazione di forma dei mitocondri.Mutageni chimiciLa deaminazione può essere indotta da sostanze come l acido nitroso o il bisolfito. Alcune sostanze sono mutagene poiché modificano covalentemente le basi, formano degli addotti più o meno ingombranti che ne alterano le proprietà di appaiamento. È il caso del metilmetansolfonato EMS o NG. Altre sostanze non formano legami covalenti con il dna ma sfruttano la loro struttura per mimetizzarsi tra le basi come agenti intercalanti tra queste è mutagene il bromuro di etidio. Gli UV sono tra i più potenti agenti fisici di danno al dna, perché interagiscono con il dna perché il dna assorbe nella banda degli UV. La natura delle mutazioni dipende anche dal processo di trasformazione delle lesioni al dna in mutazioni: in qst processo la cellula può avere un ruolo attivo, come la risposta SOS nei procarioti, il bypass del danno, con sintesi trans-lesione può essere mutatorio o fedele. Qualunque mutazione è la risultante del danno e della risposta della cellula al danno comprensiva delle diverse strategie di riparazione Meccanismi di riparazionePossiamo distinguere fra sistemi error free e sistemi error prone.Sistemi error free: 1)riparazione diretta del danno o reversione(foto attivazione e dealchilazione)2)rimozione del tratto di Dna contenente il danno e risintesi del frammento di Dna mancante ad opera di una Dna polimerasi (meccanismo di riparazione per escissione Ber e Ner, o riparazione die mismatch)Sitemi error prone;

1)superamento del danno durante la replicazione 2)riparazione delle rotture a doppio filamento per ricombinazione :-ricombinazione omologa (error free)-ricombinazione non omologa (error prone)FotoattivazioneRiparazione diretta del danno o reversione. L enzima fotoliasi riconosce i dimeri d pirimidine, per esempio di timine, prodotti dalle luce UV. Ativato dalla luce visibile, l enzima si lega al Dna in corrispondenza del dimero e rompe i leami covalenti dell anello ciclobutieico a 4 atomi di carbonio. Questo meccanismo è presente in alcuni batteri in alcuni eucarioti ma nn nei mammiferi.DealchilazioneConsiste nella rimozione di gruppi metilici o alchilici ad opera dell enzima O6 metiltransferasi. L enzima lega il gruppo metilicoa a se e si allontana.Riparazione diretta del danno di rotture a singolo filamentoL enzima ligasi ripristina l integrità della doppia elica, chiudendo il nick.Ber (base excision repair, riparazione per escissione) L escissione di base è una delle strategie di riparo più specifiche comporta da prima il taglio del legame glicosidico della base, in generale poi intervengono un AP endonucleasi, una esonucleasi, una polimerasi e poi la ligasi.

1) l enzima dna glicosliasi rompe il legame N-glicosidico tra lo zucchero del nucleotide cui è legata la base danneggiata, la quale viene, così rimossa.

2) Sono rotti i legami fosfodiesterici a monte e a valle di questo sito (sito AP), grazie all intervento di enzimi quali endonucleasi AP e fosfodiesterasi. Il nucleotide è completamente rimosso.

3) Una Dna pol (Dna pol 1 batterica, Dna pol B eucaristiche) inserisce in corrispondenza del sito vuoto un nucleotide corretto.

4) L enzima ligasi chiude il nick, formando l ultimo legame fosfodiesterico.Ner (nucleotide excision repair per la riparazione di danni più ampi)Il sistema di riparazione precisa che riconosce il più ampio spettro di danni è qll NER, per escissione di nucleotidi in genere è associata alla trascrizione, il metodo di escissione del sistema NER è simile per procarioti ed eucarioti: cambia solo la dimensione del tratto oligonucleotidico escisso. La malattia ereditaria Xeroderma pigmentoso omozigote recessiva, provoca un alta incidenza di tumore della pelle in età giovanile, è causata da mutazioni a caric dei geni coinvolti nella riparazione NER. Quindi le mutazioni in geni per la riparazione NER o MR, causano forme di cancro erditario, ma in genere sono mutazioni a carico di proto-oncogeni o geni onco-soppressori a provocare la trasformazione oncogena.Proteine: Uvr A, B, C; TFIIH; Dna polimerasi, ligasi.1)Il danno è riconosciuto da proteine specifiche: alcune nucleasi rompono i legami fosfodiesterici a monte e a valle del nucleotide danneggiato. La rottura è a singolo filamento e il frammento di Dna può avere lunghezza variabile.2)Un elicasi rimuove il frammento di Dna contente il danno.3)Una Dna pol sintetizza il segmento di Dna mancante4)Una ligasi chiude il nickRiparazione dei MismatchIl meccanismo di metilazione post-replicazione tipico dei batteri è importante ai fini del riconoscimento del filamento di Dna parentale rispetto a quello di nuova sintesi. Questo aspetto è importante anche nel sistema di riparazione degli errori di appaiamento o mismatch. Avviene il riconoscimento del danno ad opera di proteine specifiche poi azione endonucleasica con rottura del singolo filamento poi azione esonucleasica con eliminazione

del danno sintesi nuovo dna da parte della Dna pol e legato dalla ligasi. Le proteine batteriche che intervengono in qst processo sono proteine mut. Anche negli eucarioti si parla di proteine mut, ma è diverso il meccanismo di riconoscimento del danno.Riparazione di rotture a doppio filamento La principale causa delle rotture a doppio filamento sono le radiazioni ionizzanti. La riparazione avviene tramite ricombinazione:-ricombinazione omologa- error free-ricombinazione non omologa- error pronericombinazione non omologaSi tratta di un meccanismo error prone, qndi al sito di giunzione possono essere persi o inglobati nucleotidi. Se le rotture a doppio filamento non sono riparate si ha:-perdita di un segmento di dna acentrico e dei suoi geni (attivazione geni oncorepressori)-ciclo rottura-fusione-ponte che porta all amplificazione della regione cromosomica prossimale e alla delezione della regione distale.Sistemi SOSSono utili al superamento del danno per portare a compimento la replicazione (il danno non è comunque riparato) possono avvenire tramite: -ricombinazione-replicazione attraverso lesioneQuando, alla forca replicativa, è presente un danno, di norma le DNApol batterica (DnapolII) e eucariotica (dna pol delta ) si bloccano.Nei batteri esiste, tuttavia, una dna polimerasi a bassa fedeltà che sintetizza cmq un filamento di dna contenente errori (aumento tasso di mutazione).Negli eucarioti esistono 10/1s dna polimerasi più sofisticate, le quasi sono in grado di riconoscere danni specifici e introdurre i nucleotidi corretti di fronte alla lesione (il danno non è comunque riparato, ma non vi è un aumento notevole del tasso di mutazione )Esempi di malattie-Carcinoma al colon – difetti nel mismatch .Carcinoma al seno (geni BRCA1 e BRCA2) provocano difetti nel meccanismo di riparazione di rottura a doppio filamento (ricombinazione omologa)-Xeroderma pigmentosa provoca difetti nel NER o nucleotide excision repair.Blocco del ciclo cellulare in presenza di danno Ciclo cellulare eucaristico G1- G2- Sintesi dna- mitosiLa proteina chiave da qst punto di vista è p53. Se la cellula si trova in fase G1 p53 blocca il ciclo cellulare, di modo che possa essere riparato il danno,prima che la cellula entri in fase S. Se la cellula invece è già in fase S avanzata, o addirittura in fase G2 è troppo tardi per la riparazione del danno p53 attiva quindi una via alternativa , l apoptosi la cellula va incontro alla morte.

La regolazione delle espressione genica nei procarioti e la sua analisi geneticaI diversi livelli di regolazione:-regolazione dell espressione dei geni: 1)a livello trascrizionale2)a livello traduzionale-regolazione dell attività o della struttura delle proteine, post-traduzionale.

La regolazione della trascrizione può essere di tipo positivo o negativo. I regolatori della trascrizione sono proteine allosteriche che devono interagire con effettori allosterici, induttori, corepressori, coattivatori. Il primo e più noto esempio di regolazione della

trascrizione è quello negativo dell operone lac. Un operone è: un insieme di geni che vengono trascritti in unico mRNA, i geni sono spesso detti cistroni o unità codificanti per una singola catena polipeptidica , l RNA è detto policistronico; i geni sono co-trascritti e perciò sono regolati in maniera coordinata. (Schema operone lac)Schema operone trpSchema operone ara

Batteriofago Lambda: Lisogenia o lisiI batteriofagi temperati, come il fago lambda possono svolgere un ciclo litico, durante il quale producono un elevato numero di progenie ed uccidono la cellula ospite, oppure svolgere un ciclo lisogenico, durante il quale inseriscono in modo covalente il loro cromosoma in uno stato represso o dormiente, nel cromosoma dell ospite.L aspetto più interessante del fago labda è la scelta iniziale tra la via litica e lisogenica. Questa decisione è basata su un elegante interruttore genetico che indirizza il cromosoma del fago infettante verso una delle due vie: 1)la cascata regolativa litica2)il circuito repressivo alla base della lisogeniaSe una proteina il repressore di lambda occupa i siti regolativi chiave si verifica lisogenia; se un'altra proteina di lambda chiamata Cro, occupa questi siti regolativi si verifica il ciclo litico.Il genoma di Lambda è un insieme di operoni la cui complessa regolazione spiega la capacità di scegliere tra induzione della lisogenia o del ciclo litico nell ospite batterico.La regolazione di lambda dipende da:-la sintesi ed il livello intracellulare del repressore prodotto da cI-La trascrizione di cI dipende da due promotori diversi, da cui l uno è autoregolato e regolato da Cro e l'altro è regolato positivamente da un altro regolatore trascrizionale, CII.- l allungamento della trascrizione da parte di proteine anti-terminatrici come N.La scelta tra ciclo litico o lisogeno è una competizione tra fattori trascrizionali CII,CI,Cro.Repressione dei geni della via litica di lambda durante la lisogeniaI geni del fago lamda che codificano funzioni coinvolte nello sviluppo litico vengono mantenuti inattivi da un meccanismo regolativo di tipo negativo. Il gene CI del fago lambda codifica un repressore, il repressore CI si lega come dimero alle due regioni operatore che controllano la trascrizione dei geni lambda coinvolti nel ciclo litico. Con il repressore legato ai due operatori, l rna polimerasi non può legarsi ai due promotori e non può iniziare la trascrizione, in questo modo i geni litici di lambda continuano a essere repressi, permettendo che il profago quiescente venga trasmesso dalle cellule ospiti parentali alla progenie. La lisogenia di lambda è abbastanza stabile, i geni della via litica vengono mantenuti repressi in una cellula lisogenica, pertanto non vengono non vengono prodotte le proteine coinvolte nelle funzioni litiche del profago. Inoltre in normali condizioni di crescita, raramente si osservano transizioni spontanee da stadio lisogenico a stadio litico. Si possono indurre popolazioni di cellule lisogeniche ad entrare nella via litica solo attraverso drastici trattamenti, quali l irradiazione con gli UV. L irradiazione con gli UV dei lambda lisogeni attiva una proteasi della cellula ospite che taglia la regione di connessione del repressore di lambda inattivandolo. La regione principale della stabilità osservabile nello stato lisogenico di lambda è che la sintesi del repressore viene regolata in modo autogeno, cioè la presenza del repressore di lambda stimola la sintesi di ulteriori molecole di repressore.

La cascata regolativa litica in lambdaUna volta attivata , la cascata regolativa litica in lambda procede in modo diretto. I geni di Lambda possono essere classificati in tre gruppi, basandosi su quando essi sono espressi durante il ciclo litico: 1 geni precoci immediati, 2 geni precoci tardivi, 3 geni tardivi. Lambda ha solo due geni precoci immediati, Cro ed N, che codificano proteine regolative richieste nel ciclo litico. Il cromosoma di lambda contiene una dozzina di geni precoci tardivi, che specificano prodotti richiesti per la replicazione del dna, la ricombinazione ed un ulteriore regolazione. I restanti 23 geni codificano proteine con funzioni tardive coinvolte nella morfogenesi della testa e della coda e nella lisi della cellula ospite. Uno dei prodotti dei geni precoci immediati , la proteina N è richiesta per esprimere i geni precoci tardivi. A sua volta uno dei prodotti dei geni precoci tardivi la proteina Q, deve essere presente per esprimere i geni tardivi di lambda. I geni regolativi chiave sono quindi cro, N e Q coinvolti nel ciclo litico del fago lambda. In assenza del repressore cioè il prodotto del gene CI descritto prima, l rna polimerasi inizia la trascrizione a livello dei promotori Pl e Pr, il primo gene ad essere trascritto a partire da Pr è cro. La proteina cro è un repressore con una regione di legame al dna molto simile a quella del repressore di lambda e si lega agli stessi siti in Ol e Or ma con una affinità più alta mantenendo la sintesi del repressore spenta, in seguito quando si accumula più proteina cro nella cellula sopprime la trascrizione a partire da Pr e Pl diminuendo il tasso di sintesi dei prodotti genici precoci. La sintesi dei prodotti genici precoci tardivi richiede il prodotto del secondo gene precoce immediato, N che è il primo gene ad essere trascritto a partire dal promotore Pl. Il prodotto del gne N funziona prevenendo la terminazione quindi agisce come antiterminatore trascrizionale e permette all rna polimerasi di continuare a trascrivere dopo i segnali di terminazione verso i geni precoci tardivi adiacenti. Uno dei geni precoci tardivi Q codifica un altro antiterminatore trascrizionale che è richiesto per l espressione dei geni tardivi. La proteina Q previene l arresto della trascrizione a livello del promotore costitutivo Pr permettendo che la trascrizione continui verso i geni tardivi. I profagi lambda possono essere indotti ad entrare nella via litica con l esposizione ai raggi UV, l irradiamento causa danni al dna che determinano un certo numero di cambiamenti fisiologici, chiamati risposta SOS che porta alla conversione della proteina RecA in una proteasi che taglia la regione di dimerizzazione del repressore di lambda, in assenza di dimeri di repressori attivi, la proteina Cro e quella N vengono sintetizzate cro si lega ad Or e impedisce la sintesi di repressore e quando nella cellula sn presenti Cro e N ma non il repressore i ciclo litico è inevitabile.Interruttore Lambda: ciclo litico ciclo lisogenoLa decisione tra lisogenia e la lisi dipende da un delicato equilibrio tra la proteina Cro ed il repressore di lambda. La decisione è effettuata quando una di queste proteine occupa i siti Ol ed Or. Se il repressore di lambda occupa questi operatori si realizzerà lisogenia, se invece è la proteina Cro ad occupare Ol e Or allora si verificherà il ciclo litico. L interruttore genetico che spinge lambda verso una delle due linee possibili coinvolge due geni regolativi chiave, CII e CIII, ed un promotore Pre (promotore per la trascrizione iniziale del repressore). Entrambi i geni CII e CIII sono precoci tardivi quindi la loro espressione dipende dalla proteina N. Linea temporale durante l infezione fagicaNelle cellule batteriche infettate da virus, si verificano successioni temporali pre-programmate dell espressione genica virale. I primi geni virali ad essere espressi nella cellula infettata sono trascritti da una RNA polimerasi batterica non modificata. I successivi gruppi di geni virali espressi vengono trascritti da una Rna polimerasi codificata dal genoma fagico oppure una RNA polimerasi batterica modificata dall aggiunta di una o più proteine virali.Controllo traduzionale dell espressione genicaLa regolazione dell espressione genica è spesso finemente regolata modulando la frequenza di inizio della traduzione o la velocità di allungamento della catena polipeptidica. Sebbene, l

espressione genica nei procarioti sia regolata prevalentemente a livello della trascrizione, spesso essa viene regolata ulteriormente ed in modo più fine con meccanismi che agiscono a livello della traduzione. Ricordiamo che nei procarioti trascrizione, traduzione e degradazione dell mRna sono processi accoppiati, una molecola di mRna di solito è coinvolta nei tre processi nello stesso momento. Quindi i prodotti genici possono essere sintetizzati in differenti quantità dallo stesso trascritto in modi diversi.1-l inizio della traduzione può avvenire con different gradi di efficienza a livello dei codoni ATG di inizio di geni differenti.2-Il movimento del ribosoma può avvenire con efficienze alterate, soprattutto nelle regioni intergeniche.3-ritmi differenziali di degradazione sono osservati in specifiche regioni della molecola di mRna.Meccanismi di regolazione post-traduzionaliLa retroinibizione avviene quando il prodotto finale di una via biosintetica inibisce l attività del primo enzima della via metabolica, arrestando rapidamente la sintesi del prodotto. L attivazione enzimatica si verifica quando un substrato o una molecola effettrice aumentano l attività di un enzima, incrementando la velocità di sintesi del prodotto della via biosintetica.Elementi genetici trasponibiliSono definiti come quel gene o quell insieme di pochi geni associati , o quel frammento di dna più o meno della grandezza di un gene, che si può trasporre da un punto ad un altro su un cromosoma o addirittura ad un altro cromosoma. Gli elementi trasponibili possono essere suddivisi in 3 categorie:1.trasposoni taglia e cuci (elementi IS, trasposoni compositi Tn5, elementi Ac/Ds mais): la trasposizione è realizzata con l escissione dell elemento dalla sua posizione in un sito di cromosoma ed il suo inserimento in un'altra posizione. L escissione e l inserzione sono catalizzate da un enzima chiamato trasposasi, codificato dall elemento stesso. Si trovano sia nei procarioti che negli eucarioti.2.Trasposoni replicativi( elementi Tn3): il processo della trasposizione implica la replicazione del Dna degli element trasponibili. Una proteina la trasposasi codificata dall elemento stesso, funge da mediatore nell interazione tra l elemento ed il potenziale sito d inserzione. Durante questa inserzione l elemento si replica, una copia di questo si inserisce nel nuovo sito, mentre l'altro rimane nel sito originario. Si trovano solo nei procarioti.3.Retrotrasposoni si dividono in due gruppi:

a- elementi simili a retrovirus detti retrotrasposoni LTRb- retrotrasposoni

il processo della trasposizione implica l inserzione di copie di un elemento dall Rna dell elemento stesso. Un enzima chiamato trascrittasi inversa usa l Rna dell elemento come stampo per sintetizzare le molecole di Dna che vengono poi inserite in nuovi siti cromosomici.Trasposoni taglia e cuci nei procariotiI trasposoni sono responsabili della mobilità e della diffusione dei determinanti di resistenza agli antibiotici. Possono essere distinte due categorie Tn semplici e Tn compositi.Elementi IS (trasposoni semplici)Sono i trasposoni batterici più semplici sono le sequenze di inserzione (IS), chiamate così perché possono inserirsi in molti siti differenti dei cromosomi batterici. Alcuni degli elementi IS codificano una proteina necessaria per la trasposizione chiamata trasposasi che si lega all estremità dell elemento e taglia l elemento trasponibile rendendolo libero di inserirsi in un nuovo sito. Quando gli elementi IS si inseriscono nei cromosomi o nei plasmidi creano una duplicazione di parte della sequenza di DNA del sito di integrazione. Una copia della duplicazione è situata su ogni lato dell elemento e sono chiamate duplicazioni del sito bersaglio di inserzione.

Trasposoni compositiHanno origine quando due elementi IS si inseriscono l uno vicino all altro, la regione compresa tra essi può allora essere trasposta, infatti due elementi IS catturano una sequenza di DNA e le permettono di essere trasferita. I trasposoni compositi sono quindi costituiti da due elementi IS che fiancheggiano una regione contenente uno o più geni per la resistenza agli antibiotici sono i principali responsabili della resistenza agli antibiotici.Tn3 è un trasposone replicativo che traspone attraverso una temporanea fusione di molecole di Dna in un cointegrato, quando il cointegrato viene risolto ciascuna delle molecole di dna che lo costituivano ne risulta cn una copia di Tn3.I plasmidi coniugativi possono spostare trasposoni che contengono geni per la resistenza ad antibiotici da una cellula batterica all altra.Due o più elementi trasponibili inseriti nello stesso filamento possono causare delezioni o inversioni per effetto della presenza di due mutazioni o trasposoni inseriti nel genoma con orientamento identico o opposto.Trasposoni taglia e cuci negli eucariotiElementi Ac e Ds nel maisGli elementi Ac e Ds nel mais furono scoperti da McClintock mostrò che l attività di questi elementi sono la causa delle strisce e delle macchie nei chicchi di mais. McClintock scoprì che la rottura responsabile di questi chicchi a mosaico avveniva in un sito particolare del cromosoma 9, ella chiamò il fattore che generava queste rotture Ds per dissociazione, tuttavia questo fattore era incapace di provocare la rottura del cromosoma da solo e scoprì che Ds doveva essere stimolato da un altro fattore chiamato Ac activatore, il fattore Ac era presente in alcune piante di mais ma assente in altre quando qst piante venivano incrociate Ac poteva essere combinato cn Ds per portare alla rottura del cromosoma e la perdita dell allele Ci responsabile dell inibizione della pigmentazione nell aleurone.Elementi P e disgenesi degli ibridi in drosophila Questi trasposoni furono identificati nel 1977 si scoprì che incroci tra alcuni ceppi di drosophila producevano ibridi con caratteri atipici e aberrazioni cromosomiche e sterilità nella linea germinale e per indicarle venne utilizzato il termine disgenesi degli ibridi per indicarne la perdita della qualità. I due tipi di ceppi vennero chiamati M e P. Solo gli incroci tra M e P producono ibridi disgenici e cio accade solo se il maschio dell incrocio è del ceppo P. Questo portò alla scoperta di un elemento trasponibile sul gene white mutante, questi trasposoni vennero chiamati elementi P proprio perché erano presenti solo nel ceppo P. Gli elementi P sono privi della capacità di produrre la trasposasi proprio per questo la disgenesi degli ibridi avviene quando cè un incrocio col ceppo M. Gli elementi P esistono in versioni autonome e difettive, non autonome; a seconda dello splicing alternativo possono produrre la trasposasi funzionale o una trasposasi troca non funzionaleTrasposoni replicativi Tn3 (batteri)Tn3 è un trasposone replicativo che traspone attraverso una temporanea fusione di molecole di Dna in un cointegrato, quando il cointegrato viene risolto ciascuna delle molecole di dna che lo costituivano ne risulta cn una copia di Tn3.I plasmidi coniugativi possono spostare trasposoni che contengono geni per la resistenza ad antibiotici da una cellula batterica all altra.Due o più elementi trasponibili inseriti nello stesso filamento possono causare delezioni o inversioni per effetto della presenza di due mutazioni o trasposoni inseriti nel genoma con orientamento identico o opposto.

I RetrotrasposoniI retrotrasposoni simil virus si muovono mediante un intermedio ad rna, si inseriscono in nuovi siti nel genoma della cellula ospite , utilizzando gli stessi passaggi di taglio del dna a differenza dei trasposoni a dna la ricombinazione passa attraverso un intermedio a rna. I retrorasposoni simili a virus hanno anche loro le ripetizioni terminali e invertite ma immerse all interno di sequenze terminali più lunghe (LTR), queste sequenze si ritrovano all estremità dell elemento. I retrotrasposoni simili a virus codificano per due proteine necessarie per la loro mobilità: l integrasi (trasposasi) e la trascrittasi inversa. La trascrittasi inversa è un tipo speciale di dna polimerasi capace di usare uno stampo a rna per sintetizzare del dna, quest enzima è necessario perché la reazione di trasposizione richiede un intermedio a rna.I retrotrasposoni poli-AI retrotrasposoni poli-A si muovono con un meccanismo di tipo splicing inverso, non hanno ripetizioni terminali invertite come tt gli altri trasposoni , ma al contrario le due estremità dell elemento sono caratterizzate da sequenze diverse . Un estremità è detta 5’UTR mentre l altra ha una zona chiamata 3’UTR seguita da una serie di paia di base A-T detta sequenza poli-A. Questi elementi sono fiancheggiati da corte duplicazioni del sito bersaglio. I retrotrasposoni portano due geni ORF1 e ORF2, ORF1 codifica una proteina che lega l rna, ORF2 per un fattore che ha un attività di trascrittasi inversa e endonucleasica fondamentale per il ruolo di ricombinazione. Utilizzano un meccanismo diverso dai retrotrasposoni simili virus utilizzano un meccanismo chiamato trascrizione inversa innescata dal sito bersaglio.

Regolazione dell espressione genica negli eucariotiL’ espressione genica negli eucarioti può essere regolata a livello trascrizionale,post-trascrizionale e traduzionale. La separazione fisica degli eventi che portano all espressione genica (dovuta alla compartimentazione della cellula eucariotica) in siti diversi. La regolazione quindi può avvenire nel nucleo a livello del Dna e RNa o nel citoplasma a livello di Rna o polipeptide.Trascrizione controllata del dnaCome nei procarioti, la regolazione trascrizionale è mediata da interazioni proteina-dna, proteine regolatrici positive o negative si legano a regioni specifiche di dna e stimolano o inibiscono la trascrizione e sono noti come fattori trascrizionali. Puo avvenire un controllo dell inizio della trascrizione:-elementi in cis e in trans di controllo-istoni(acetilazione e non) e controllo dell accesso a promotori ed enhancer o silencer.-metilazione alle sequenze CpG, le sequenza ipometilate tendono ad essere trascrizionalmente attive.-induzione dell attività trascrizionale da parte di fattori ambientali e ormoni:La trascrizione dei geni hsp70 avviene in risposta all aumento di temperatura ed è mediata da un fattore trascrizionale specifico per l heat shock. La trascrizione del gene per la ribulosio (rbc) è indotta dall esposizione alla luce.Il meccanismo di azione degli ormoni steroidei è diretto, dal momento che entrano nella cellula e sono legati al recettore che diventa attivatore trascrizionale. L azione degli ormoni peptidici è invece indiretta e mediata dal livello di cAMP. La regolazione ormonale è una regolazione combinatoria perché le risposte specifiche caratteristiche di ciascun tipo cellulare ad un dato ormone steroideo derivano dal fatto che i recettori sono espressi solo in dati tipi di cellule. Inoltre ogni tipo cellulare contiene una differente combinazione di altre proteine regolatrici specifiche per attivare, in combinazione con il complesso recettore ormone sull enhancer, la trascrizione di quei dati geni.-Proteine coinvolte nel controllo della trascrizione: fattori trascrizionali (motivi legame dna)

i fattori trascrizionali riconoscono e legano specifiche sequenze di dna all interno degli enhancer, i fattori trascrizionali possiedono caratteristici motivi di legame al dna:-elica-giro-elica: riconoscono sequenze nell elica maggiore-dito di zinco: un atomo di Zn coniugato a 2 Cys-leucine zipper: a cerniera di Leu che possono creare dimeri legano il dna con cariche positive esposte-aelica-ansa-aelica: dimerizzano e si legano al dna con le cariche positive esposte.Regolazione a livello di Rna 1)Controllo della maturazione:-Splicing alternativo dell RnaUn momento importante della maturazione degli mRna eucarioti è lo splicing che consiste nella rimozione degli introni, sequenze non codificanti, ogni introne deve essere rimosso dal trascritto di un gene affinchè la sequenza codificante venga espressa in maniera corretta.. I genomi eucariotici sono prevalentemente composti da sequenze non codificanti, mentre le sequenze codificanti, sono solo una piccola parte del genoma (esoni). Questi introni possono essere rimossi insieme o separatamente a seconda di come avviene lo splicing. Se due introni successivi vengono rimossi insieme, anche l esone compreso tra essi verrà rimosso. Quindi lo splicing di un trascritto di Rna può modificare la sequenza codificante di un rna per delezione di alcuni suoi esoni questo meccanismo è definito come splicing alternativo.-poli-adenilazione2)controllo del trasporto dell mRna3)Controllo della stabilità dell mRna.L ‘mRna una volta arrivato nel citoplasma può essere tradotto da più ribosomi, questa assemblaggio traduzionale continua fino a quando l mRna non viene degradato quindi un altro controllo avviene a seconda del degrado degli mRna a seconda dell emività più o meno lunga dell mRna. La longevità degli mRna può essere influenzata da diversi fattori tra cui:-la poliadenilazione , le code poli-a sembrano stabilizzare-fattori chimici ormonali-micro Rna (miRna), small interfering Rna (siRna)4)controllo della traduzione dell mRnaEredità epigenetica-Si tratta di alterazioni ereditabili nell espressione genica nei quali la sequenza genica non è alterata-fenomeni di paramutazione nelle piante: la paramutazione nel mais è un esempio di eredità epigenetica dovuto a un controllo ereditabile dell attività genica.-Inattivazione dell X nei mammiferi : casuale nelle femmine dei placentari. L inattivazione è ereditata clonalmente nel corso delle divisioni cellulari. Oltre che cn la metilazione e l acetilazione degli istoni, l x viene inattivato grazie all espressione di un RNa detto Xist che agisce a partire da un centro di diffusione dell inattivazione.-imprinting parentale: geni inattivati a seconda del genitore di provenienza, i geni con imprinting sono di solito metilati da metilasi specifiche o de-metilati da demetilasi: i geni attivi sono ipo-metilati.Imprinting parentaleÈ una forma di controllo della attivazione del genoma diretta da particolari geni che si ereditano in parte dalla madre e in parte dal padre. Si puà definire come una diversa regolazione dei geni nella maturazione dell ovocita o dello spermatozoo Si ha come risultato che il gene si esprime in maniera maggiore o minore a serconda del sesso del genitore da cui il gamete matura. La differenza non riguarda il genotipo cioè la quantità o la qualità dei geni ereditati, ma la loro espressione, cioè il fenotipo. L imprint genomico avviene attraverso la metilazione della mol del DNA, con conseguente attivazione o disattivazione di certi geni.

Grazie all azione di alcuni enzimi che sono delle specifiche metiltransferasi, al c-5 dell citosina viene legato un gruppo metile tramutandola così in 5 metilcitosina. Il numero delle citosine metilate è in relazione con l attività genica. Le differenze maggiori stanno nella quantità totale del DNA metilato (il genma dello spermatozoo è molto più metilato rispetto a quello dell ovocita e il pattern di metilazione di DNA risiede in particolari classi di sequenze. Nei mammiferi l imprinting genomico ci indica che non cè equivalenza nell espressione di alleli in alcuni loci, che dipendono dall origine parentale.Sindrome prader willyLa sindrome di Prader willy è spiegata dall effetto di una non disgiunzione del cr.15 su cui si trovano geni con imprinting materno o dalla mutazione del gene paterno. La delezione 15q11-qter è presente nel 60-70% dei soggetti affetti dalla syndome di Prayder willy nei rimanenti il cariotipo è normale.Caratteri: obesità e ritardo mentale, basso tono muscolare, appetito insaziabile, mettono peso facilmente, piedi e mani piccoli, abitudinari, bassi, difficoltà a leggere e scrivere. 1:10000Ciclo cellulareCheckpoints tra G1/S e G2/MIl ciclo cellulare è guidato da un complesso di proteine: i complessi CDK-ciclina.I complessi sono formati da:-CIclina: presenti solo in una determinata fase del ciclo e assente in altre, la comparsa d una ciclina è dovuta alla azione del complesso cdk-ciclina della fase precedente che ha portato all attivazione di geni per la nuova ciclina.-cdk: chinasi ciclina dipendente, sono tutte chinasi, quindi fosforilano substrati bersaglio funzionano solo se legate alla ciclina.Controllo in lievito S.CerevisiaeUna sola CdK (Cdc 28) e 2 cicline: G1(Cln) e B(Clb) (2 classi di cicline)Fase G1 ciclina Cln3(sensore della massa)-> Cln3 si associa a Cdc28 e attivano Cln1, Cln2, Clb5, Clb6-> si formano i complessi Cln1-Cln2/Cdc28 (formano la gemma) e Clb 5-Clb6/Cdc28(all inizio sono inibite da Sic1 quando Cln1-Cln2/Cdc28 la fosforila (Sic1) il complesso fa partire la replicazione.In tarda fase S si producono Clb3 e Clb4 si associano-> Clb3-Clb4/Cdc28-> entra in mitosi e si allungano i fusi.Alcuni organismiLa proteina chinasi Wee1 fosforila e inattiva Clb/Cdc28, il complesso rimane inattivo (fase G2) fino al via libera in cui la fosfatasi Cdc25 elimina il gruppo fosfato di Clb/Cdc28 (la attiva) in più Cdc25 attiva Swe1 che aumenta la concentrazione di Clb/Cdc28-> si entra in mitosi-> Clb/Cdc28 attiva APC (complesso promuovente l anafase) che si asscocia a Cdc 20-> Apc/Cdc20 degrada le proteine con la liberazione della separasi (ESP1)-> taglio delle coesine (che legano i cromatidi fratelli) poi si associano APC/Cdh1 degrdando le cicline B e si esce dalla mitosi.Ciclo negli eucarioti superioriGateway G1/SLa ciclina di classe D1,D2,D3 sono prodotte in fase G1(e scompaiono in S)-> la ciclina D1 si lega a Cdk4-> il complesso iperfosforila RB , RB è normalmente associato a E2F quando viene fosforilata RB rilascia E2F che attiva la trascrizione di geni per il passaggio da G1 a S. Alcuni fattori di crescita come TGF-B e p53 aumentano p16 che blocca le Cdk e il ciclo.Nel retinoblastoma RB è sempre fosforilata (forma inattiva) quindi E2F è sempre attivo e il ciclo non è regolato, nel caso invece di RB sempre ipofosforilata il ciclo è bloccato.Gateway G2/ME2F favorisce la fosforilazione di ciclina A/Cdk2 ke agisce sia in mitosi sia in profase.P53

È una proteina di regolazione del ciclo cellulare pesa 53kDA ed è trascritta dal gene sul cromosoma 17 (17p13.1) nell uomo.P53 ha 3 compiti regolativi:-attiva la riparazione del dna-può mantenere il ciclo bloccato in G1/S-Può portare all apoptosi in caso di danno irreparabile al dna.P53 di slito è inattiva e legata alla proteina MDM2, in caso di danno al dna come Ckh1,Chk2 fosforilano il legame p53/MDM2 attivando p53, p53 attiva la trascrizione di molti geni tra cui p21 che inattiva il complesso G1-S/Cdk x evitare così il ciclo successivo.Le cellule tumoraliDef. Cancro: Il cancro è una malattia genetica a livello cellulare, causata da alterazioni del genoma di cellule somatiche. Un tumore deriva da una serie di mutazioni che si verificano nella stessa linea clonale, cioè a carico dello stesso clone cellulare.Cellule normali e tumorali: Le cellule normali sono caratterizzate da una crescita controllata, le cellule tumorali invece non rispondono ai normali meccanismi di controllo, sono cellule che hanno perso le loro caratterisistiche differenziali e che dispongono di genomi con molte aberrazioni cromosomiche, sia strutturali che numeriche. Nella vita media di un uomo si verificano circa 1 alla 16 divisioni cellulari. Il tasso di mutazione è di 10^-6 per un gene ad ogni generazione. Un gene quindi muta 10^10 volte nell insieme delle cellule dell individuo.Il cancro quindi è una malattia rara perché sono necessarie più mutazioni a carico dello stesso clone cellulare.Classificazione tumoriPossiamo distinguere i tumori in : maligni e benigni.I tumori benigni sono localizzati e non invasivi mentre i tumori maligni possono invadere i tessuti circostanti formando tumori secondari dette metastasi. È possibile classificare i tumori in base al tessuto di origine: carcinomi--- da tessuto epiteliale;sarcomi--- tessuto connettivo, osseo cartilagineo, muscolareleucemie--- sangue linfomi--- sistema immunitarioAgenti cancerogeni possono essere identificati grazie a:--studi di vita--Studi su animali di laboratorio -- studi epidemiologici sulla popolazione umanaTipi di agenti cancerogeni:--luce UV--radiazioni ionizzanti-- cancerogeni chimiciAgenti che promuovono la proliferazione cellulare (promotori tumorali):--Ormoni-- esteri forboliciGeni coinvolti nella trasformazione tumorale:--Oncogeni: geni derivanti da normali geni cellulari (proto-oncogeni), che contribuiscono alla trasformazione in seguito ad attivazione.-- geni oncorepresessori: normali geni cellulari coinvolti nel controllo della divisione e crescita cellulare. Contribuiscono alla trasformazione in seguito ad inattivazione.-- Geni della riparazione del dna: la cui mutazione predispone al tumore.Nei geni oncorepressori sono necessarie due mutazioni, una in ciascuna delle due copie del gene.

Oncogeni: derivanti da normali geni di origine cellulare , proto-oncogeni, contribuiscono alla trasformazione tumorale in seguito ad attivazione.Essi possono essere:1)geni coinvolti nella cascata di eventi della trasduzione del segnale-fattori di crescita-recettori per fattori di crescita-trasduttori intracellulari-fattori di trascrizione2)geni per il differenziamento cellulare3)geni per l apoptosiPrimi studi sugli oncogeni I primi studi da qst punto di vista furono condotti su un virus che causava sarcomi nel pollo (sarcomi di rous) Se una sospensione virale era iniettata in polli sani dopo un periodo di tempo causava l insorgenza del tumore. I ricercatori osservarono differenza nei tempi di comparsa del sarcoma nei vari polli.Trasformazione lenta: il sarcoma compariva dopo molti mesi.Trasformazione acuta: il sarcoma compariva dopo poche settimane.Ciò era dovuto alla presenza di due ceppi virali con enomi differenti.Trasformazione lenta: Qst virus causava il sarcoma quando il genoma andava ad integrarsi nel genoma dell ospite, a monte di alcuni geni come c-myc . Per qst la trasformazione tumorale era lenta: la probabilità che il genoma virale si integrasse subito in qst posizione era bassa.Trasformazione acuta: SRC è un oncogene di origine cellulare , già presente nel genoma virale. Quando il genoma virale si integra nel genoma dell ospite causa l insorgenza del tumore.Geni oncorepressoriCellule ibride derivanti dalla fusione di cellule normali e tumorali, mostrano un fenotio normale. Devono quindi essere presenti nelle cellule normali geni in grado di reprimere il fenotipo tumorale (geni oncorepressori).RetinoblastomaLa scoperta dei geni oncorepressori è avvenuta grazie a studi realizzati su cancri rai, la cui predisposizione allo sviluppo segue una modalità di eredità dominante. Un esempio è data dal retino blastoma, raro tumore della retina dell occhio Knudson osservo che il 40% dei retino blastomi sono ereditari, cioè una mutazione a cariico del gene oncorepressore era trasmessa nella linea germinale, l altra avveniva durante lo sviluppo dei tessuti dell occhio. Nel 60 % dei casi non è ereditario ma sporadico le mutazioni avvengno durante lo sviluppo dei tessuti dell occhio, molti casi di retino blastoma sono associati alla delezione del braccio lungo del cromos 13. Quindi definiamo gene oncorepressore: un normale gene cellulare che codifica proteine coinvolte nel controllo della divisione e della crescita cellulare.Proteine codificate da oncorepressori:

- proteine che regolano la progressione attraverso uno stadio del ciclo cellulare (p16).- Proteine che controllano i check point e bloccano il ciclo cellulare in caso di danno al

dna(p53).- Proteine che promuovono l apoptosi, tra cui la stessa p53.

In conclusione Ogni tumore contiene un insieme di diverse alterazioni genetiche. Tumori che insorgono in uno stesso tessuto sono geneticamente più simili di quanto non lo siano tumori che insorgono in tessuti diversi.Prevenzione, diagnosi e cura di tumoriPrevenzione:Individuazione di individui con predisposizione genetica allo sviluppo del tumore-> identificazione degli eterozigoti:è possibile effettuare test per:

-geni oncorepressori= p53 (proteina codificata a partire da un gene oncorepressore che blocca il ciclo cellulare in caso di danno al dna e che controlla i checkpoint; RB gene che reprime lo sviluppo del fenotipo tumorale nel retino blastoma; apc e tumori al colon con poliposi.- geni per la riparazione del dna danneggiato: BRCA1 e BRCA2 (carcinoma alla mammella, geni del mismatch repaire tumori al colon senza poliposiDiagnosi: -Il gene abl viene traslocato dal cromosoma 9 al 22 (riarrangiamento cromosomico), e viene codificata una proteina diffusione abl/bcr con espressione sregolata (cromosoma Philadelphia, leucemie e mieloide cronica).-amplificazione N-myc nel neuroblastoma o di erbB-2 nel carcinoma alla mammella, che causa una progressione rapida della malattia.Terapia: -farmaci contro la telomerasi-farmaci contro l angiogenesi (vascolarizzazione del tumore), che impediscono la formazione di nuovi vasi sanguigni.-farmaci contro oncogeni(erceptina contro erbB e gleeve , utile al combattere la leucemia mieloide cronica ->abl)