TRASCRIZIONEdel DNA

TRASCRIZIONEdel DNA

DNA ---> RNA ---> Proteina

TRASCRIZ

IONE

TRADUZIO

NE

La sintesi di RNA richiede uno stampo di DNA e procede da

5’ --> 3’

E’ mediata dalla RNA polimerasi

La sintesi di RNA utilizza come stampo la catena inferiore

RNA risultante simile alla catena superiore

5’ – ATTGGGCGCGATGGTTTATAGATCTACCCATAGTCTGC – 3’3’ – TAACCCGCGCTACCAAATATCTAGATGGGTATCAGACG – 5’

5’ – AUUGGGCGCGAUGGUUUAUAGAUCUACCCAUAGUCUGC – 3’

5’ Regione regolatoria Regione trascritta 3’

EUCARIOTI

il DNA genomico è organizzato in cromosomi nel nucleo

presenza di istoni associati al DNA e formazione di cromatina

la trascrizione avviene nel nucleo.

La traduzione nel citoplasma dopo che l'RNA è maturato a messaggero (perdita degli introni, poliadenilazione, ecc.)

PROCARIOTI

non possiedono nucleo il DNA genomico è sparso nel citoplasma

la trascrizione è accoppiata alla traduzione

CONTROLLO SINTESI PROTEICA

CONTROLLO GENICO Nei PROCARIOTI serve per:

- Adattare il batterio ai cambiamenti nutrizionali

- divisione cellulare

Negli EUCARIOTI serve per:

- Regolare un programma genetico alla base dello

sviluppo embrionale e

del differenziamento cellulare e tissutale

CONTROLLO GENICO NEI PROCARIOTI

nei batteri il controllo genico può avvenire:

- a livello dell'inizio della trascrizione

- a livello della terminazione della trascrizione

- a livello del ricambio dell'RNA (stabilità dell'mRNA)

INIZIO DELLA TRASCRIZIONE NEI PROCARIOTI

RNA polimerasi

possiede 2 subunità uguali α 2 subunità diverse β e β' (legano il DNA aspecificamente) 1 subunità ω

PROTEINE ACCESSORIE della RNA polimerasi

FATTORE σ

aiuta l'RNA polimerasi a riconoscere sequenze specifiche del DNA a livello del promotore.

Si conoscono diversi tipi di fattoriσ:

variano per i diversi promotori.

Il complesso RNA polimerasi con il Fattore σsi chiama

OLOENZIMA

L’oloenzima legato al DNA separa la struttura a doppia elica e comincia a formare RNA sul templato di DNA

Dopo l’inizio della trascrizione il fattore σ si stacca

INDUZIONE O REPRESSIONE DELLA TRASCRIZIONE GENICA BATTERICA

SOSTANZE NUTRITIVE

- induzione enzimatica: solo quando una determinata sostanza nutritiva e’ presente (oppure e’ assente)

tempo

Qu

anti

ta’

di

enzi

ma

velo

cita

’ d

i si

nte

si d

ell’

enzi

ma

teoricoteorico

sperimentalesperimentale

INDUZIONE / REPRESSIONE

OPERONI

Vengono chiamati OPERONI dei geni in successione controllati da un unico promotore.

L'OPERONE da origine ad un singolo RNA messaggero che viene detto POLICISTRONICO, perchè codifica più di una proteina (CISTRONE è l'unità genetica più piccola che codifica un solo peptide).

I geni di un operone spesso codificano gli enzimi diversi di una sola via metabolica. Essi vengono così controllati in modo coordinato.

OPERONE LAC

ASSENZA DI LATTOSIO - PRESENZA GLUCOSIO

PRESENZA DI LATTOSIO - PRESENZA DI GLUCOSIO

PRESENZA DI LATTOSIO - ASSENZA DI GLUCOSIOL’assenza di GLUCOSIO porta ad un

AUMENTO dei LIVELLI di cAMP

cAMP lega

--> proteina attivatrice del catabolismo[CAP]

--> azione attivatoria sul promotore

CONTROLLO DELLA TRASCRIZIONE NEI PROCARIOTI

PROTEINE BATTERICHE STRUTTURALI (GENI STRUTTURALI)

Sono in genere trascritte in modo COSTITUTIVO, a velocità più o meno costante, ed entrano a far parte di membrane,

ribosomi, ecc.

PROTEINE BATTERICHE REGOLATRICI (GENI REGOLATORI)

- meno numerose- permettono di percepire le variazioni ambientali;- legano il DNA alterando la velocità di trascrizione

dei geni strutturali in senso positivo o negativo.

le proteine batteriche regolatrici si dividono in:

REPRESSORI e ATTIVATORI

REPRESSORI DELLA TRASCRIZIONE GENICA

REPRESSORIsono le proteine regolatrici ad azionenegativa; impediscono il legame con dell'RNA polimerasi (oloenzima) al DNA, interagendo con determinate sequenze a livello del sito OPERATORE, spesso

localizzato vicino al PROMOTORE.

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i REPRESSORI possono combinarsi con piccole molecole dette EFFETTORI che influenzano l'affinità del legame del repressore con il DNA.

Gli EFFETTORI possono essere INDUTTORI o COREPRESSORI

- gli INDUTTORI si combinano con il repressore e ne diminuiscono l'affinità di legame con il DNA.

- i COREPRESSORI hanno il ruolo opposto, in tal caso il repressore funziona solo in presenza del suo effettore corepressore.

R = repressoreI = induttoreCR = corepressore

R(attivo) + I --> R-I(inattivo) NO TRASCRIZIONE

R(inattivo) + CR --> R-CR (attivo) NO TRASCRIZIONE

ATTIVATORI DELLA TRASCRIZIONE GENICA

ATTIVATORIsono le proteine regolatrici ad azione positiva; si legano al DNA interagendo con determinate sequenze a livello del sito PROMOTORE o vicino ad esso; aumentano la frequenza con cui l'RNA polimerasi (oloenzima) si lega al promotore.

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anche gli ATTIVATORI possono utilizzare un EFFETTORE.

CONTROLLO COMPOSTO DELLA TRASCRIZIONE GENICA

una diminuzione del GLUCOSIO porta alla produzione di:

EFFETTORE --> AMP ciclico

che lega e attiva una

ATTIVATORE --> PROTEINA ATTIVATRICE del CATABOLISMO

(CAP), che serve per molti geni diversi.

L' OPERONE lac è sotto il controllo:positivo del complesso CAP-cAMPnegativo della proteina repressore per il lattosio.

CONTROLLO DELLA TERMINAZIONE DELLA TRASCRIZIONE

E' meno determinante di quello effettuato sull'inizio della trascrizione.

Avviene alla fine di un gene su appositi SITI DI TERMINAZIONE ricchi di G e C.

Alcune proteine funzionano da fattori di terminazione: es il FATTORE RHO (proteina specifica)

-TERMINAZIONE DIPENDENTE DAL FATTORE RHO

la proteina (fattore RHO) forma un esamero su cui si avvolge l'RNA in formazione, provocandone il discacco dal DNA templato.

- TERMINAZIONE INDIPENDENTE DAL FATTORE RHO:

EUCARIOTIEUCARIOTI

NUCLEOLO

Sede della trascrizione degli RNA ribosomiali ed assemblaggio dei ribosomi

EUCROMATINA

90% cromatina decondensatadispersa nel nucleo--> consente la trascrizione dei geni

ETEROCROMATINA

10% cromatina nello stato compattato--> non consente la trascrizione dei

geni

Alla MITOSI eucromatina eterocromatina

ISTONI

Gli istoni, proteine cariche positivamente (aa basici), interagiscono con il DNA carico negativamente per i gruppi fosfato.

Cinque tipi di istoni: 4 in doppio formano un ottamero intorno al quale il DNA si avvolge in modo sinistrorso chiamato nucleosoma, bloccato dall’Istone H1

RNA POLIMERASI E FATTORI DI TRASCRIZIONE

I FATTORI DI TRASCRIZIONE sono proteine che facilitano l'interazione tra la RNA polimerasi ed il DNA.

Si dividono in:

-Fattori richiesti per l'inizio della trascrizione;

-Fattori che aiutano il processo di allungamento dell'RNA da parte dell'RNA polimerasi;

-Fattori che partecipano alla formazione di un complesso attivo di preinizio, che non sono più richiesti nelle fasi avanzatedella trascrizione.

primi due sono FATTORI GENERALI necessari per la trascrizione di tutti i geni

Gli ultimi sono FATTORI SPECIFICI, servono solo per particolari geni e corrispondono alle proteine regolatrici trovate nei procarioti.

Due fattori di trascrizione (UBF e SL1) si legano al promotore dell’rDNA.

Reclutano la RNA polimerasi I formando il complesso di inizio

si legano al DNA che codifica i vari RNA ribosomiali ed aiutano la RNA polimerasi I

SL1 e’ formata da diverse proteine associate al TBP (TATAbox binding protein)

RNA Polimerasi I

Sintetizza gli RNA 5S (nucleoli e citoplasma)

Sintetizza gli RNA transfer (tRNA)

I promotori per questi due geni sono a valle del sito di inizio della trascrizione

Sintetizza l’snRNA U6

Il suo promotore è a monte del sito di inizio della trascrizione

RNA Polimerasi III

RNA Polimerasi III

RNA 5S (nucleoli e citoplasma)

Richiede TFIIIA legato aTFIIIB+TFIIICRNApolIII

RNA transfer (tRNA)

NON richiede TFIIIA ma soloTFIIIB+TFIIICRNApolIII

snRNA U6

Richiede la TBP(TFIIB)+SNAP

formazione degli trascritti primari di RNA

La maggior parte degli mRNA (che derivano dalla maturazione del trascritto primario) è MONOCISTRONICA, quindi sono tutti controllati da un loro promotore specifico.

L'RNA polimerasi II inizia la sintesi a livello del sito CAP.

RNA Polimerasi II

Promoter

introniSito CAP

<---------- trascrizione ---------->

esoni

Regioni upstreamRegioni downstream

Eucarioti TATA box

-200 -160 -120 -80 -40 -1

La RNA polimerasi II richiede molti FATTORI DI TRASCRIZIONE diversi da quelli della I e della III.

Il più importante è il TFIID, proteina di circa 100 Kda che lega il TATA box

Il TFIID e’ composto dal TBP (TATAbox binding protein)+ TAF (TBP associated proteins)

CONTROLLO DELLA TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI

La RNA polimerasi II richiede molti FATTORI DI TRASCRIZIONE diversi da quelli della I e della III.

Il più importante è il TFIID, proteina di circa 100 Kda che lega il TATA box

Il TFIID e’ composto dal TBP (TATAbox binding protein)+ TAF (TBP associated proteins)

TFIIB e TFIIE aiutano il TFIID a legarsi al DNA, ma non possono legarsi da soli.

TFIIB si lega alla RNA polimerasi II anche da solo.

Esistono poi molti altri fattori di trascrizione, tra cui TFIIF, TFIIH………..

CONTROLLO DELLA TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI

FATTORI BASALI DELLA TRASCRIZIONE

Promoter

introniSito CAP

<---------- trascrizione ---------->

esoni

Regioni upstreamRegioni downstream

Eucarioti TATA box

-200 -160 -120 -80 -40 -1

Promoter

introniSito CAP

<---------- trascrizione ---------->

esoni

Regioni upstreamRegioni downstream

Eucarioti GC box - CAAT box (altri) TATA box

-200 -160 -120 -80 -40 -1

EnhancersElementiresponsivi

Promoter

introniSito CAP

<---------- trascrizione ---------->

esoni

Regioni upstreamRegioni downstream

Eucarioti GC box - CAAT box (altri) TATA box

-200 -160 -120 -80 -40 -1

INTENSIFICATORI (Enhancers)

Sequenze di DNA che legano proteine specifiche;

se attivate possono aumentare la trascrizione genica basale anche di 20-50 volte.

Sono in genere collocate a monte del TATA box, a distanze variabili tra 100 e 2.000 bp.

A volte però, possono essere collocate anche a notevole distanza dal TATA box (40.000 bp) o nel primo introne, o nella regione 3' non tradotta.

5’ 3’esone 1 2 4 5 6 7 83

COOHNH2 DNA ORMONEHIN

GE

N - terminale

responsiveGENE

ARE

hsphsp

hsphsp

TT

T DHT5α-RII

mRNA

mRNAnewproteins

RNApol IITFIID

E

hystone acetyl transferase

co-activators

FB

H

TATA

Mechanism of activation of the androgen Mechanism of activation of the androgen receptorreceptor

Zn Zn

polyGln

P PP P P A S P S P

P = phosphorylationA = acetylationS = sumoylation

Transactivation domain/(AF-1/AF-5) \ ID NLS AF-2

DNA bindingdomain

H12

Hormonebindingdomain

5'-UTR Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 Exons 5/6/7/8 3'-UTR

(CAG)n

UpstreamORF

AUG1-UGA AUG2

mRNA

protein

polyA

Zn Zn

polyGln

P PP P P A S P S P

Transactivation domain/(AF-1/AF-5) \ ID NLS AF-2

DNA bindingdomain

H12

Hormonebindingdomain

(D-box) x 2(D-box) x 2

Istone-acetil-trasferasi