REGOLAZIONEREGOLAZIONE

DELLADELLA

ESPRESSIONEESPRESSIONE

GENICAGENICA

UnaUna completacompleta descrizionedescrizione delladella sequenzasequenza didi DNA DNA didi un un

organismoorganismo non non sarebbesarebbe in in gradogrado didi ricostruirericostruire lo lo stessostesso

organismoorganismo piùpiù didi quantoquanto unauna listalista didi vocabolivocaboli inglesiinglesi non non

sarebberosarebbero in in gradogrado didi ricostruirericostruire un un sonettosonetto didi

Shakespeare. In Shakespeare. In entrambientrambi ii casicasi ilil problemaproblema principaleprincipaleShakespeare. In Shakespeare. In entrambientrambi ii casicasi ilil problemaproblema principaleprincipale

consisteconsiste nelnel conoscereconoscere come come gligli elementielementi nellanella sequenzasequenza

didi DNA o le parole DNA o le parole nellanella listalista sianosiano usateusate. Sotto . Sotto qualiquali

condizionicondizioni ciascunciascun prodottoprodotto genicogenico vieneviene generatogenerato? ?

E…E…unauna voltavolta sintetizzatosintetizzato, , cosacosa fafa??

IN GENERE IL CONCETTO DI IN GENERE IL CONCETTO DI

REGOLAZIONE RISPONDE ALLA REGOLAZIONE RISPONDE ALLA

NECESSITA’ DI INDURRE O NECESSITA’ DI INDURRE O

REPRIMERE CERTE ATTIVITA’ REPRIMERE CERTE ATTIVITA’ REPRIMERE CERTE ATTIVITA’ REPRIMERE CERTE ATTIVITA’

GENICHE, IN RELAZIONE ALLA GENICHE, IN RELAZIONE ALLA

RICHIESTA DI “RICHIESTA DI “ACCENDERLEACCENDERLE” O ” O

““SPEGNERLESPEGNERLE”.”.

miRNA

Filamento lungo il quale il DNA viene Filamento lungo il quale il DNA viene scansionatoscansionato, ,

detto detto filamento stampofilamento stampo. La sequenza di RNA sarà . La sequenza di RNA sarà

identica (a meno della U identica (a meno della U alpostoalposto della T) a quella della T) a quella

del del filamento antisensofilamento antisenso (complementare dello (complementare dello

stampo)stampo)

PROCARIOTIPROCARIOTIA livello A livello trascrizionaletrascrizionale le le

cellule batteriche regolano cellule batteriche regolano

l’espressione genica l’espressione genica

attraverso il modello attraverso il modello

dell’dell’operoneoperone..

L’operone è un tratto di DNA L’operone è un tratto di DNA

5’5’

3’3’

L’operone è un tratto di DNA L’operone è un tratto di DNA

comprendente (in sequenza comprendente (in sequenza

dal 5’dal 5’--P al 3’P al 3’--OH) tratti OH) tratti

regolativi (promotore ed regolativi (promotore ed

operatore) e geni strutturali operatore) e geni strutturali

(solitamente correlati tra (solitamente correlati tra

loro nella loro funzione).loro nella loro funzione).

Gli operoni si distinguono in:Gli operoni si distinguono in:

1)1) InducibiliInducibili (se possono essere accesi da (se possono essere accesi da

un determinato induttore). Solitamente un determinato induttore). Solitamente

sono catabolici (degradano cioè sono catabolici (degradano cioè

substrati):substrati):

2)2) ReprimibiliReprimibili (se possono essere accesi (se possono essere accesi

da un determinato repressore). da un determinato repressore).

Solitamente sono anabolici Solitamente sono anabolici

(sintetizzano cioè substrato)(sintetizzano cioè substrato)

OPERONE OPERONE LacLac: UN ESEMPIO : UN ESEMPIO DIDI OPERONE INDUCIBILEOPERONE INDUCIBILE

Un esempio di come Un esempio di come

il Lattosioil Lattosio

viene degradato, se viene degradato, se

presente nel presente nel

mezzo di coltura, in mezzo di coltura, in

Glucosio e Glucosio e

Galattosio nei Galattosio nei

batteri.batteri.REGOLAZ. ALLOSTERICAREGOLAZ. ALLOSTERICA

OPERONE OPERONE TrpTrp: UN ESEMPIO : UN ESEMPIO DIDI OPERONE REPRIMIBILEOPERONE REPRIMIBILE

REGOLAZIONE FINE REGOLAZIONE FINE DELL’OPERONE DELL’OPERONE LacLac

MEDIANTE L’ATTIVITA’ DEL MEDIANTE L’ATTIVITA’ DEL GLUCOSIO: UN CASOGLUCOSIO: UN CASO

DIDI CONTROLLO POSITIVO CONTROLLO POSITIVO DELL’ESPR GENICADELL’ESPR GENICA

Alti livelli di Alti livelli di GlcGlc nel mezzo di colturanel mezzo di coltura= scarsa efficienza di trascrizione= scarsa efficienza di trascrizione

(e traduzione) dell’operone;(e traduzione) dell’operone;

Bassi livelli di Bassi livelli di GlcGlc nel mezzo di colturanel mezzo di colturaAssociati a presenza di Lattosio = Associati a presenza di Lattosio = elevata efficienza di trascrizione elevata efficienza di trascrizione

dell’operonedell’operone

REGOLAZIONE A LIVELLO POSTREGOLAZIONE A LIVELLO POST--TRASCRIZIONALE TRASCRIZIONALE ––

IL MECCANISMO DELL’ATTENUAZIONEIL MECCANISMO DELL’ATTENUAZIONE

NEL CASO DELL’OPERONENEL CASO DELL’OPERONE

HisHis, SI PUO’ AVERE UNA, SI PUO’ AVERE UNA

REGOLAZIONE A LIVELLOREGOLAZIONE A LIVELLO

TRASCRIZIONALE, TRASCRIZIONALE, DIRET=DIRET=TRASCRIZIONALE, TRASCRIZIONALE, DIRET=DIRET=

TAMENTE SUL DNA, TAMENTE SUL DNA,

ATTRAVERSO IL LEGAME ATTRAVERSO IL LEGAME

DEL COREPRESSORE (DEL COREPRESSORE (HisHis

STESSA) ALLA PROTEINASTESSA) ALLA PROTEINA

REPRESSORE…REPRESSORE…

…OPPURE…OPPURE L’ATTENUAZIONE DELLA TRADUZIONE, ATTRAVERSO IL L’ATTENUAZIONE DELLA TRADUZIONE, ATTRAVERSO IL

LEGAME LEGAME DIDI MOLTI MOLTI HisHis--tRNAtRNA E, CONSEGUENTEMENTE, E, CONSEGUENTEMENTE, DIDI MOLTIMOLTI

RIBOSOMI A LIVELLO RIBOSOMI A LIVELLO DIDI UNA SEQUENZA DETTA UNA SEQUENZA DETTA LeaderLeader, ,

INTERPOSTA TRA LA SEQUENZA OPERATORE ED I GENI INTERPOSTA TRA LA SEQUENZA OPERATORE ED I GENI

STRUTTURALI. TALE LEGAME DETERMINA UN RIPIEGAMENTO STRUTTURALI. TALE LEGAME DETERMINA UN RIPIEGAMENTO

DELL’DELL’mRNAmRNA TALE CHE SI STACCHI DALLA POLIMERASI.TALE CHE SI STACCHI DALLA POLIMERASI.

EUCARIOTIEUCARIOTI

(In particolare(In particolareiperacetilazioneiperacetilazionea livello dellea livello delle

Lisine)Lisine)

RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA (1)RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA (1)

Lisine)Lisine)

RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA (2)RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA (2)

EpigeneticaEpigenetica

Si intende per Epigenetica una qualunque attività di regolazione dei geni

tramite processi chimici che non comportino cambiamenti nel codice del DNA

ma possono modificare il fenotipo dell’individuo e/o della progenie.

Ad esempio:Ad esempio:

- metilazione del DNA (Es: Formazione dei corpi di Barr) ;

- acetilazione degli istoni.

Questi fenomeni epigenetici alterano l'accessibilita' fisica al genoma da

parte di complessi molecolari deputati all'espressione genica e, quindi,

alterano il grado di funzionamento dei geni.

La metilazione del DNA nei vertebrati avviene tipicamente nei siti CpG

(citosina-fosfato-guanina; che si ha ove la citosina è direttamente

seguita da una guanina nella sequenza del DNA); tale metilazione

risulta nella conversione della citosina in 5-metilcitosina. La

formazione del Me-CpG è catalizzato dall'enzima DNA

metiltransferasi. I siti CpG sono poco comuni nel genoma degli

invertebrati mentre sono spesso trovati con maggior densità nei

promoters genici dei vertebrati, in cui sono collettivamente denominati

isole CpG. Lo stato di metilazione di questi siti CpG può avere un grave

impatto sull'attività/espressione genica.

Imprinting genomicoImprinting genomico

Alcuni geni vengono espressi solo se sono stati trasmessi dal padre, mentrealtri vengono espressi solo se vengono trasmessi dalla madre. Il fenomenodella espressione differenziale dipendente dal sesso del genitore di origineviene chiamato imprinting. Mentre nella sindrome di Praeder-Willi è ilcromosoma 15 materno ad essere presente in duplice copia, nella sindrome diAngelmann abbiamo una duplice copia del cromosoma paterno (si parla diUnisomia Diparentale).

In particolare in entrambe le sindromi la regione genomica interessata è quella del chr 15q11-q13. Nella PWS tale 15q11-q13. Nella PWS tale regione è metilata nel chr di

origine materna e, siccome gli alleli paterni vengono persi per

delezione, i geni contenuti nella controparte materna, essendo

metilati, non possono esprimersi.Viceversa, nella AS sono i chr 15 paterni ad essere in duplice copia, con conseguente iperattività di quella coppia di cromosomi.

Lo stato complessivo di metilazione in una cellula può anche essere un fattore

accelerante nella carcinogenesi come suggerisce l'evidenza che l'ipometilazione

genomica può portare ad instabilità cromosomica e crescenti tassi di mutazione.

Lo stato di metilazione di alcuni geni può essere usata come biomarker per la

tumorigenesi. Per esempio, l'ipermetilazione del pi-class glutathione S-

transferase gene (GSTP1) appare come un affidabile indicatore del tumore alla

prostata.

CONTROLLO COMBINATORIALE CONTROLLO COMBINATORIALE –– INIZIO TRASCRIZIONE EUCARIOTIINIZIO TRASCRIZIONE EUCARIOTI

CONTROLLO COORDINATO DELL’ESPR GENICA EUCARIOTICA: IL CASOCONTROLLO COORDINATO DELL’ESPR GENICA EUCARIOTICA: IL CASODEGLI ORMONI STEROIDEIDEGLI ORMONI STEROIDEI

REGOLAZIONE A LIVELLO POSTREGOLAZIONE A LIVELLO POST--TRASCRIZIONALE TRASCRIZIONALE ––

I MICRORNAI MICRORNA

I MICRORNA INTERAGISCONOI MICRORNA INTERAGISCONO

CON I LORO CON I LORO mRNAmRNA BERSAGLIOBERSAGLIO

MEDIANTE PARZIALE O TOTALE MEDIANTE PARZIALE O TOTALE

COMPLEMENTARIETA’ CON ILCOMPLEMENTARIETA’ CON ILCOMPLEMENTARIETA’ CON ILCOMPLEMENTARIETA’ CON IL

3’UTR 3’UTR DIDI QUESTI ULTIMI.QUESTI ULTIMI.

TALE INTERAZIONE PUO’ PORTARETALE INTERAZIONE PUO’ PORTARE

AL BLOCCO PARZIALE DELLA AL BLOCCO PARZIALE DELLA

TRADUZIONE OD ALLA TOTALE TRADUZIONE OD ALLA TOTALE

DEGRADAZIONE DELL’DEGRADAZIONE DELL’mRNAmRNA!!

Canonical Binding Between microRNAs and 3’UTR of the Gene Target

MECHANISMS OF microRNA ACTION

2 POSSIBLE MECHANISMS:

1) TRANSLATIONAL REPRESSION;

2) mRNA CLEAVAGE

RNAi PATHWAY: THE COMMON WAY OF miRNAs AND siRNAS

NOBEL PRIZE

REGOLAZIONE TRAUZIONALEREGOLAZIONE TRAUZIONALE

ALLUNGAMENTO/ACCORCIAMENTO DELLA CODA ALLUNGAMENTO/ACCORCIAMENTO DELLA CODA DIDI POLY APOLY A

REGOLAZIONE POSTREGOLAZIONE POST--TRADUZIONALE: TRADUZIONALE:

IL SISTEMA UBIQUITINA/PROTEASOMAIL SISTEMA UBIQUITINA/PROTEASOMA