Post on 02-May-2015
COME RICONOSCERE UNA SEQUENZA REGOLATORIADI CIRCA 10 NUCLEOTIDI FRA I 3000000000CHE COMPONGONO IL GENOMA UMANO?
LE RNA POLIMERASI COMERICONOSCONO I PROMOTORI?
Transcribed region
Promotore-contiene sequenzeSpecifiche per il legame dellapolimerasi
FATTORI DI TRASCRIZIONE
• FATTORI DI TRASCRIZIONE GENERALI (BASALI) - RICONOSCONO ELEMENTI “core promoter”
• REGOLATORI SPECIFICI - ATTIVATORI
- REPRESSORI
Transcribed region
ELEMENTO ENHANCER
ELEMENTO
DEL PROMOTORE PROSSIMALE
Basal factor binding sites
• Il legame promotore RNA polimerasi
richiede i fattori di trascrizione generali
Promotori
~200 bp
gene
Reporter gene
COME IDENTIFICARE ELEMENTI NEL PROMOTORE
eg CAT, luciferase
ATTIVITA’
100%
Reporter gene 100%
Reporter gene 20%
Reporter gene 1%
Reporter gene 0%
Reporter gene
eg CAT, luciferase
ATTIVITA’
100%
Reporter gene 100%
Reporter gene 400%
Reporter gene 1%
Reporter gene 0%
COME IDENTIFICARE ELEMENTI NEL PROMOTORE
Livello
di tr
asc
rizi
on
e
basale
attivato
represso
Transcribed region
Elementi del Core promoter • siti di legame per I fattori di trascrizione generaliChe supportano un livello di trascrizione basale
La regolazione della trascrizione e’ ottenuta dallaAzione di fattori di trascrizione gene-specifici
~24bpTATABRE Inr DPE
TATA-box 8 bp elemento ricco in AT
BRE 6 bp elemento ricco in purine
Bound by TFIID
Bound by TFIIB
Inr DPE Bound by TFIID
RNAP II
TFIIA
TFIIE
TFIIF
TFIIH
RNAP II
TFIIB
TFIID2-3 subunits
2 subunits
1 subunit
10 subunits
2 subunits
12 subunits
9 subunits~40 polipeptidi
~24bpTATABRE Inr DPE
TATA-box 8 bp AT
BRE 6 bp
lega TFIID
lega TFIIB
Inr DPE lega TFIID
RNAP II
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~24bpTATABRE Inr DPE
TFIIH
TFIIDTFIIATFIIB
TFIIF
RNAP IITFIIE
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TFIID contiene la TATA-Box Binding Protein
TBP
TFIID
TFIID e’ composta da vari TBP Associated Factors
—TAFs
-aiutano il posizionamento di TFIID riconoscendoL’elemento Inr
-legano i fattori di trascrizione gene specifici
-aiutano a decompattare la cromatina
~24bpTATABRE Inr DPE
TFIID
~24bpTATABRE Inr DPE
TFIIDTFIIA
-aumenta e stabilizza il legame di TBP al DNA
-interagisce con vari attivatori gene specificiAiutandoli a legarsi ai vari TAF
TFIIA
~24bpTATABRE Inr DPE
TFIIDTFIIATFIIB
TFIIB
-si lega a TBP e richiama la polimerasi
-Partecipa alla selezione del sito d’inizio eStabilisce la direzione
~24bpTATABRE Inr DPE
TFIIDTFIIATFIIB
TFIIF
RNAP II
TFIIF
Stabilizza il complesso di preinizio e induceUna torsione nel DNA
~24bpTATABRE Inr DPE
TFIIDTFIIATFIIB
TFIIF
RNAP IITFIIE
TFIIE
Attira una elicasi ed insieme srotolano ilPromotore.Stimola l’attivita’ chinasica di TFIIH
~24bpTATABRE Inr DPE
TFIIH
TFIIDTFIIATFIIB
TFIIF
RNAP IITFIIE
TFIIH
Fosforila una delle subunita’ della polimerasidando l’avvio alla trascrizione
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— REGOLATORI GENE SPECIFICI
Transcribed region
SI LEGANO A SEQUENZE REGOLATORIE
Regolatori gene specifici
• hanno una struttura modulare
• contengono un dominio che lega il DNA
• contengono uno o piu’ domini di attivazione trascrizionale
• qualche volta contengono uno o piu’ domini di repressione• qualche volta contengono un dominio di dimerizzazione
(MADS box)
NH
H O C
Donatore Accettore
A D A M A A D M A D A D A A
A A A D A A A A D A
Transcribed region
Regolatori gene specifici
1) Contengono un dominio che lega il DNA
2) E un dominio di attivazione trascrizionale
Gli Attivatori come influenzano la trascrizione di un gene distante molte
migliaia di nucleotidi?
DNA loop
Enhancers- stimolano la trascrizione1. Attivatori si legano ad un sito specifico
2. Il DNA si ripiega
Enhancers- stimolano la trascrizioneAttivatori si legano
ad un sito specifico
Il DNA si ripiega
Si forma il complesso nel promotore
Enhancers- stimolano la trascrizioneAttivatori si legano ad un
sito specifico Il DNA si ripiegaSi forma il complesso
nel promotoreSi lega la RNA
polimerasiInizio della trascrizione
Controllo combinatorialedell’espressione genica
Con poche proteine regolatorie si possono controllare un elevato numero di geni
Diverse combinazioni producono fenotipi differenti
Heterodimerization of DNA binding proteins can altertheir sequence specificity
Enhancer e Repressori
gene
promotoreenhancer
repressore10-50,000 bp
repressore previene il legame dell’enhancer
RNAP
enhancer interagiscono con RNAP
trascrizione
Con poche proteine regolatorie si possono controllare un elevato numero di geni
Diverse combinazioni producono fenotipi differenti
Recettori nucleari Fattori di trascrizione regolati da molecole
idrofobiche• Cambio dell’attivita’• Cambio della localizzazione cellulare
Recettori nucleari
RGRACANNNTGTYCY
TBP
TAFTAF
TAF
TAF
RNA pol II
Il legame del ligando causa cambiamenti conformazionali
Nuclear Receptors
GR hsp90hsp90GR
Legame dell’ormone
Dissociazione da hsp90
dimerizzazione
GR GR
Migrazione nel nucleoGR GR
Legame al DNA
TATA
Regolazione mediante fosforilazione
• Ormoni attivano una chinasi
• La chinasi fosforila un fattore di trascrizione
• Il fattore e’ attivato
Cascata delle chinasiGF si lega al recettore - protein tyrosine kinase
Il recettore dimerizza
Il complesso fosforila MEKK – (MAP kinase kinase kinase)
MEKK fosforila SEK – una MAP kinase kinase
SEK fosforila JNK – una MAP kinase
MEKK
P
MEKKP
SEKSEKP
JNKJNKP
Cascata delle chinasiJNK attivata migra nel nucleo e fosforila il fattore di trascrizione C-JUN
C-JUN dimerizza with C-FOS per formare AP-1
AP-1 attiva la trascrizione legandosi a –TGA(C/G)TCA- e interagendo con I fattori di trascrizione generali
JNKP
nucleo
C-JUN
TRE
C-JUN
P
RNA pol II
C-FOS
P
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Metilazione del DNA• La citosina puo’ essere metilata:
• La metilazione del DNA e’ coinvolta nell’inattivazione del cromosoma X
• Risulta in una maggiore condensazione della cromatina
Trascrizione e struttura della cromatina
• Il DNA nella cromatina condensata non e’ accessibile
• La cromatina condensata (eterocromatina) e’ trascrizionalmente silente
• La condensazione della cromatina dipende ANCHE dalla acetilazione degli istoni
Acetilazione degli Istoni
• E’ una modificazione post-traduzionale
• Gruppi acetilici (CH3COO–) legati covalentemente a aminoacidi basici Neutralizzano le cariche positive
• Eliminano le interazioni ioniche con il DNA
• Diminuiscono la condensazione
• Associati con una attiva trascrizione
– Acetilazione/Deacetilazione
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Attivatori: acetilazione degli Istoni
• Alcuni attivatori attirano delle acetilasi
• Il macchinario di trascrizione puo’ accedere
al DNA meno condensato
Alcune Istone Acetilasi (HAT)
• p300/CBP
• TAF II 250
• Ambedue sono dei co-attivatori
• SAGA e’ a ponte tra un Fattore di Trascrizione e la TBP
Repressori: deacetilazione degli Istoni
• Alcuni repressori attirano delle deacetilasi
• Prevengono l’accesso del macchinario di trascrizione al DNA
– Acetilazione/Deacetilazione
SWI/SNF in Lievito
SWI/SNF sono regolatori positivi del gene HO (accoppiamento) e del gene SUC2 (utilizzo del saccarosio).
Queste proteine catalizzano il rimodellamento ATP-dipendente del DNA
Macchinari di Rimodellamento
• Tutti contengono subunita’ simili a swi-2/snf
• NTP-binding proteins
http://www.uniroma2.it/didattica/biochimica/deposito/
Lez8-10.pptLez15-10.pptLez22-10.ppt
Lez29-10.ppt (ancora da aggiungere)
Regolazione dell’Espressione Genica
Puo’ essere regolata in una delle seguenti sei fasi:
DNA RNAtranscript
mRNA mRNA
inactivemRNA
protein
inactiveprotein
NUCLEUS CYTOSOL
trascrizione Maturazione trasporto traduzione
degradazione
controllo dell’attivita’
Controllo della Traduzione
1. Repressione - es. Iron Response Element della ferritina2. Stabilizzazione- es. IRE del recettore della transferrina
Ferritina - Lega il Ferro e lo conservaRecettore della Transferrina (TFR)- trasporta il ferro nella cellula
Se il Ferro e’ nella cellula - Si Ferritina, No TFRSe non c’e’ Ferro - Si TFR, No Ferritina
Come viene regolato tutto questo?
M
Coding region
AUG
Fe
m7G
Iron Response Element
IRE-BP (cytosolic aconitase)
Fe
M
Fe
Ferritin mRNA
Coding region
AUG
1. Repressione :-Ferro, ferritina NO
2. Attivazione:+ Ferro, ferritina SI
M
Coding region
AUG
m7G
Iron Response Element
IRE-BP (cytosolic aconitase)
Fe
M
Fe
TFR mRNA
Coding region
AUG
1. Stabilizzazione:- Ferro, TFR SI
2. Degradazione:+ Ferro, TFR NO
Coding region
AUG
m7G
Iron Response Element
IRE-BP (cytosolic aconitase)
TFR mRNA
Coding region
AUG
1. Stabilizzazione:- Ferro, TFR SI
2. Degradazione:+ Ferro, TFR NOFe
RNAse
Controllo dello Splicing:espressione di Fibronectine tessuto-specifiche
Figure 11-24
Lo Splicing puo’ produrre anticorpi solubili o
legati alla membrana dallo stesso gene
• Lo splicing alternativo puo’ produrre due tipi di anticorpo diversi con la stessa specificita’
• Quando attivati dall’antigene i linfociti B cominciano a produrre anticorpi solubili
• Le forme secrete mancano degli esoni 7 e 8 che codificano per domini idrofobici
Trasporto segnale-mediatoattraverso il poro nucleare (NPC)
Figure 11-28
The nuclear pore complex
La proteina HIV Rev regola il trasporto dell’RNA virale non ancora
maturo
Figure 11-38
L’RNA Editing altera le sequenze dei pre-mRNA
Figure 11-39
• mRNA editing
Nell’intestino
La deaminasi e’ presente solo nell’intestino
Nel fegato
GDP
No Aminoacidi
eIF2
Gcn2p kinase
eIF2
eIF2BGTP
No tRNA amino-acetilati
P S51
Translationcompetent
eIF2
GDP