REGOLAZIONEREGOLAZIONEDELL'ESPRESSIONEDELL'ESPRESSIONE

GENICAGENICA

Con Con ESPRESSIONE GENICAESPRESSIONE GENICA si intende quella si intende quellaserie di eventi che dall'attivazione dellaserie di eventi che dall'attivazione dellatrascrizione di un gene, conducono allatrascrizione di un gene, conducono allaproduzione della proteina corrispondente.produzione della proteina corrispondente.

La regolazione di questi processi La regolazione di questi processi èè molto fine molto finee la sua complessite la sua complessitàà aumenta salendo la scala aumenta salendo la scalaevolutiva.evolutiva.

Studiare la regolazione dell'espressione di unStudiare la regolazione dell'espressione di ungene significa accertare in quali tessuti vienegene significa accertare in quali tessuti vieneespresso, in quali condizioni e qual espresso, in quali condizioni e qual èè l'effetto l'effettodi tale espressione.di tale espressione.

Punti di controlloPunti di controllo

OrganizzazioneOrganizzazionedelladella

CromatinaCromatina

NucleosomiNucleosomi: : UnitUnitàà Fondamentale Fondamentalenell'organizzazione dellanell'organizzazione dellaCromatina EucarioticaCromatina Eucariotica

Organizzazione dei NucleosomiOrganizzazione dei Nucleosomi Otto Otto molecole istonichemolecole istoniche

formano formano un un ottameroottamero–– 2 2 molecole di molecole di H2AH2A–– 2 2 molecole di molecole di H2BH2B–– 2 2 molecole di molecole di H3H3–– 2 2 molecole di molecole di H4H4

146 146 bp di bp di DNADNAarrotolate intornoarrotolate intornoall'ottameroall'ottamero

Istone Istone H1 H1 lega il lega il DNADNAtra gli ottameritra gli ottameri

Dal gene alla proteina.Dal gene alla proteina.Dal gene alla proteina.

Eucariotivs.

Procarioti

EucariotiEucariotivsvs..

ProcariotiProcarioti

Come Come èè fatto un gene? fatto un gene?

ProcariotiProcarioti

Come Come èè fatto un gene? fatto un gene?

EucariotiEucarioti

TrascrizioneTrascrizione Sintesi di una molecola di RNA da unoSintesi di una molecola di RNA da unostampo di DNA, ad opera della RNAstampo di DNA, ad opera della RNApolimerasipolimerasi..

Primo livello di controllo si effettuaPrimo livello di controllo si effettuasull'attivazione della RNA sull'attivazione della RNA polimearsipolimearsi..

Procarioti Procarioti pipiùù semplice di semplice di EucariotiEucarioti

Tipi di RNATipi di RNA

Vari processi cellulari, sintesi dei Vari processi cellulari, sintesi dei telomeritelomeri,,inattivazione inattivazione X, trasporto proteine in ERX, trasporto proteine in ER

RNA nonRNA noncodificanticodificanti

piccoli RNA piccoli RNA nucleolarinucleolari, , processamento processamento eemodifica degli modifica degli rRNArRNA

snoRNAsnoRNA

piccoli RNA nucleari, vari processi cellulari,piccoli RNA nucleari, vari processi cellulari,splicing splicing dei dei prepre--mRNAmRNA

snRNAsnRNA

RNA transferRNA transfer, sintesi proteica, , sintesi proteica, adattatoriadattatorifra fra mRNA mRNA ed aminoacidied aminoacidi

tRNAtRNA

RNA RNA ribosomaliribosomali, formano la , formano la struttura basestruttura basedei dei ribosomiribosomi e catalizzano la sintesi proteicae catalizzano la sintesi proteica

rRNArRNA

RNA RNA messagerimessageri, codificano per le , codificano per le proteineproteinemRNAmRNA

FunzioneFunzioneTipo di RNATipo di RNA

Punti di controlloPunti di controllo

Regolazione nei Regolazione nei ProcariotiProcarioti

Operone Operone laclac

Operone Operone triptofanotriptofano

Regolazione negli Regolazione negli EucariotiEucarioti Promotori Promotori ed Enhancers:ed Enhancers: sequenze specifiche legati da sequenze specifiche legati da

proteine chiamate fattori di trascrizioneproteine chiamate fattori di trascrizione PromotorePromotore regione vicina regione vicina al al sito d'inizio dellasito d'inizio della

trascrizionetrascrizione, , sequenze specifichesequenze specifiche EnhancersEnhancers possono essere anche molto distanti dal sitopossono essere anche molto distanti dal sito

d'inizio della trascrizioned'inizio della trascrizione

Regolazione negli Regolazione negli EucariotiEucarioti5' e 3' 5' e 3' Untranslated RegionsUntranslated Regions

Formazione Formazione del del complessocomplessod'inizio della trascrizioned'inizio della trascrizione

TFII H

TFII B

EnhancersEnhancers LaLa maggior parte dei geni richiede maggior parte dei geni richiede un enhancer perun enhancer per

essere attivamente trascrittiessere attivamente trascritti Enhancers Enhancers sono sono i i determinanti temporali determinanti temporali e e spazialispaziali

((tessutotessuto--specificitspecificitàà) ) dell'espressione di dell'espressione di un geneun gene Interazione tra fattori di trascrizione legatiInterazione tra fattori di trascrizione legati

all'enhancer all'enhancer ee fattori di trascrizione legati fattori di trascrizione legati alalpromotore determina l'inizio della trascrizionepromotore determina l'inizio della trascrizione

Enhancers Enhancers sono modularisono modulari La La distanza degli distanza degli enhancers enhancers dal sito d'inizio delladal sito d'inizio della

trascrizione permette l'utilizzo di diversi trascrizione permette l'utilizzo di diversi enhancers perenhancers perun un singolo singolo gene, gene, controllo combinatorialecontrollo combinatorialedell'espressione genicadell'espressione genica

ModularitModularitàà degli degli EnhancersEnhancers

FunzionalitFunzionalitàà dell'enhancer dell'enhancer conconun gene reporterun gene reporter

Enhancer del gene Enhancer del gene myfmyf-5-5((muscolomuscolo--specificospecifico) ) fuso allafuso allaββ--galattosidasigalattosidasi

Topi transgenici ottenutiTopi transgenici ottenutiinserendo il costrutto nelinserendo il costrutto nelpronucleo di pronucleo di un un embrioneembrione

Allo stadio Allo stadio 13.5 13.5 l'embrione l'embrione èèstato colorato stato colorato per per rilevare rilevare lalaββ--galattosidasigalattosidasi

Il gene reporter Il gene reporter èè espresso espresso neineimuscoli dell'occhiomuscoli dell'occhio, , dell'artodell'artointerioreinteriore, del , del collo collo ee nei miotomi nei miotomi((muscoli della schienamuscoli della schiena))

I I fattori di trascrizione chefattori di trascrizione chenormalmente accendono myfnormalmente accendono myf-5-5hanno attivato hanno attivato la la ββ--galattosidasigalattosidasi

Fattori di TrascrizioneFattori di TrascrizioneFattori di TrascrizioniFattori di TrascrizionihannohannoDominio di legame Dominio di legame al DNAal DNADominio di AttivazioneDominio di Attivazione

Diverse Diverse classi di domini diclassi di domini dilegame legame al DNAal DNAFacilitano Facilitano lala formazione formazionedel del complesso di iniziocomplesso di iniziodella trascrizionedella trascrizione

Helix-Turn-HelixProteine omeodominio

Zinc Finger

Leucine Zipper Helix-Loop-Helix

AttivazioneAttivazionedelladella

cromatinacromatina

Attivazione della cromatinaAttivazione della cromatina

Organizzazione dei geniOrganizzazione dei genidelle Globinedelle Globine

Espressione dei geni delleEspressione dei geni delleGlobineGlobine

La La metilazione regolametilazione regolal'espressionel'espressione

Punti di controlloPunti di controllo

Esoni Esoni ed Intronied IntroniSplicingSplicing

RNA RNA polimerasi polimerasi trascrive tuttatrascrive tuttal'informazione (l'informazione (esoni esoni ed introni)ed introni)

RNA messaggero prodotto tramiteRNA messaggero prodotto tramitematurazione differenziale degli maturazione differenziale degli esoniesoni((splicingsplicing).).

mRNA mRNA vengono esportati nel vengono esportati nel citolasmacitolasmaper essere tradottiper essere tradotti

Esoni Esoni ed Intronied IntroniSplicingSplicing

Meccanismi di Meccanismi di SplicingSplicing

Splicing Splicing AlternativoAlternativo

Splicing Splicing alternativo dellaalternativo dellatropomiosinatropomiosina

SplicingSplicing I I siti di siti di splicing splicing devono essere molto precisidevono essere molto precisi

–– Se un Se un introne introne non non viene rimosso si verificanoviene rimosso si verificanomutazioni mutazioni frame-shift o frame-shift o inserzioni di aminoacidiinserzioni di aminoacidi

–– Se un Se un esone viene rimosso si verificanoesone viene rimosso si verificano frame- frame-shift o shift o delezione di aminoacididelezione di aminoacidi

AffinchAffinchèè la la proteina prodotta sia quellaproteina prodotta sia quellaattesaattesa, , tutti gli introni devono esseretutti gli introni devono essererimossirimossi

Produzione diProduzione diuna proteinauna proteina

ControlloControlloPost-Post-TrascrizionaleTrascrizionale

Controllo Trascrizionale Controllo Trascrizionale vs.vs.Post-Post-trascrizionaletrascrizionale

Controllo Controllo a a livello della trascrizionelivello della trascrizione–– Quanto Quanto RNA RNA viene prodottoviene prodotto

Controllo Controllo Post-Post-trascrizionaletrascrizionale–– Quanto Quanto "vive" un mRNA?"vive" un mRNA?–– Quanto viene tradottoQuanto viene tradotto??–– Dove Dove si localizza nella cellulasi localizza nella cellula??

Controllo Controllo Post-Post-trascrizionaletrascrizionale StabilitStabilitàà dell'RNA dell'RNA Inibizione della traduzione di Inibizione della traduzione di RNARNAspecificispecifici

Regola l'efficienza della traduzioneRegola l'efficienza della traduzione Controlla Controlla la la localizzazionelocalizzazionecitoplasmatica degli citoplasmatica degli RNARNA

Regolazione della stabilitRegolazione della stabilitààdell'mRNA della caseinadell'mRNA della caseina

RanaRana, , DrosophilaDrosophilaSintesi proteicaSintesi proteicaProteine ribosomaliProteine ribosomali

DrosophilaDrosophilaDetermina asse anteroDetermina asse antero--posterioreposteriore

BicoidBicoid

TopoTopoCrescita cellulare Crescita cellulare ((ancheancheuterinauterina))

Fattori di crescitaFattori di crescita

Riccio di Riccio di mare, mare, ranaranaOrgannizzazione dellaOrgannizzazione dellacromatinacromatina

IstoniIstoni

RanaRanaDeterminazione Determinazione deldelmesodermamesoderma

Vg1Vg1

TopoTopoFormazione Formazione del del fusofusomitoticomitotico, cilia e , cilia e flagelliflagelli

TubulinaTubulina

Riccio di Riccio di mare, mare, ranarana,,etc.etc.

Regolano ciclo cellulareRegolano ciclo cellulareCiclineCicline

OrganismoOrganismoFunzioneFunzionemRNAmRNA

mRNA mRNA Citoplasmatici tradotti allaCitoplasmatici tradotti allafecondazione fecondazione o o poco dopopoco dopo