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Limportanza del controllo dellespressione dei geni Geni housekeeping, che devono essere espressi in tutti i tipi cellulari sempre allo stesso livello (es.

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Presentazione sul tema: "Limportanza del controllo dellespressione dei geni Geni housekeeping, che devono essere espressi in tutti i tipi cellulari sempre allo stesso livello (es."— Transcript della presentazione:

1 Limportanza del controllo dellespressione dei geni Geni housekeeping, che devono essere espressi in tutti i tipi cellulari sempre allo stesso livello (es. Fattori di trascrizione generali o GTFs, DNA e RNA polimerasi, actina, istoni….) Geni specializzati/tessuto-specifici/specifici di un certo stadio di sviluppo embrionale (es. Recettori di membrana, Immunoglobuline, enzimi specifici) Geni inducibili, tessuto-specifici o meno (es. Fattori di trascrizione, enzimi, mediatori dell infiammazione, ormoni)

2 Attivazione/inattivazione dellespressione genica Procarioti: risposte cellulari allambiente esterno Eucarioti: u Decisioni cellulari durante lo sviluppo -> differenziamento u Regulazione del ciclo cellulare u Attivazione cellulare -> in risposta a mediatori esterni quali fattori di crescita, ormoni etc. (reversibile, rapida)

3 La regolazione dellespressione genica avviene a numerosi livelli:

4 Il controllo della trascrizione avviene a numerosi livelli: u Pre-attivazione (Induzione di uno stato trascrizionalmente competente) u Inizio/re-inizio della trascrizione u Elongazione del trascritto u Terminazione del trascritto Fattori di trascrizione legati a specifici promotori/enhancers Co-attivatori (acetilasi degli istoni, attivita che rimodellano la cromatina) Fattori generali di trascrizione (GTFs) e RNA polimerasi

5 Diversamente dai procarioti, la trascrizione dei geni eucarioti e controllata da numerosi elementi TATA Basal tr. machinery TBP TFIIs Pol.II PROMOTORE PROSSIMALECORE ~ -200 ~ -50 ENHANCER (~ 100 bp) Perche? LA CROMATINA

6 Il DNA nei cromosomi non e lineare fibra di 30 nm cromatina decondensata (collana di perle)

7 I nucleosomi sono costituiti da DNA avvolto attorno a un ottamero costituito da 2 copie degli istoni H2A, H2B, H3 e H4

8 I nucleosomi sono compattati insieme dallistone H1 a formare la fibra da 30 nm (cromatina)

9 Il modello a solenoide della cromatina condensata (fibra da 30 nm)

10 Gli istoni nel nucleosoma contengono code aminoterminali flessibili che sporgono dalla loro porzione globulare, ricche in lisine (aa con carica positiva) in virtu della carica positiva, le lisine interagiscono con i gruppi fosfato del DNA -> COMPATTAMENTO le lisine possono essere reversibilmente acetilate e deacetilate da enzimi specifici (HAT, HDAC) lacetilazione neutralizza la carica positiva eliminando linterazione con il DNA e rendendo meno facile la compattazione dei nucleosomi. Acetilazione degli istoni

11

12 La cromatina viene ulteriormente compattata nel cromosoma metafasico

13 La complessita del macchinario trascrizionale di un gene eucariote e in buona parte correlato alla natura repressoria della cromatina. TATA Basal tr. machinery TBP TFIIs Pol.II PROMOTORE PROSSIMALECORE ~ -200 ~ -50 ENHANCER (~ 100 bp) Tale repressione deve essere rilasciata prima che la trascrizione possa avvenire. Cio avviene ad opera dei numerosi attivatori e co-attivatori coinvolti in particolare - acetilasi degli istoni - proteine che rimodellano/riposizionano i nucleosomi

14 Esempio di come i diversi elementi di controllo di un gene possono integrarsi a livello del promoter core

15 Linizio della trascrizione da parte dellRNA Pol II richiede multipli fattori u Fattori di trascrizione generali (GTF) insieme con lRNA Pol II formano lapparato trascrizionale basale, sufficiente alla trascrizione in vitro TBP (che con i fattori associati a TBP (TAF) forma -> TFIID) TFIIA, TFIIB, TFIIF, TFIIE, TFIIH u Co-attivatori, che sono richiesti per la trascrizione in presenza di cromatina (trascrizione attivata) TAFs Acetilasi di istoni (HATs) Proteine che rimodellano la cromatina (SWI/SNF) u Fattori di trascrizione specifici, anche richiesti per la trascrizione attivata: servono per reclutare e assemblare lapparato trascrizionale Si legano a elementi di riconoscimento sul promotore e sullenhancer Multipli fattori di trascrizione sono normalmente coinvolti nellattivazione di un gene

16 Il promotore essenziale (core promoter) u Determina il sito di inizio della trascrizione e dirige il legame dell RNA Pol II u Il promotore essenziale più frequente per lRNA Pol II è la TATA box: la sua sequenza e altamente conservata (TATAAA); si trova prevalentemente in geni che vengono trascritti rapidamente, ed e localizzata ~25-30 bp a monte del sito di inizio della trascrizione. la TATA box dirige linizio della trascrizione a siti ben definiti Isole CpG: proprio di molti geni house-keeping. La trascrizione comincia a siti multipli disseminati in una regione di circa bp.

17 Il complesso trascrizionale dellRNA polimerasi II viene assemblato a tappe successive (in vitro) Lodish TBP + TAFs=TFIID

18 co-attivatori u Richiesti per la funzione dei fattori di trascrizione specifici (aumentano ~30x le risposte agli attivatori) u NON richiesti per la trascrizione basale (ma la stimolano ~10x) u NON legano specificamente il DNA

19 Co-attivatori: TAF Un modello per le funzioni associate a TFIID Naar, 2001, Ann. Rev. Biochem. 70, 475

20 La trascrizione dei geni eucarioti e controllata da diversi elementi TATA Basal tr. machinery TBP TFIIs Pol.II PROMOTORE PROSSIMALECORE ~ -200 ~ -50 ENHANCER (~ 100 bp) La funzione principale dei fattori di trascrizione e di facilitare lassemblaggio del macchinario basale di trascrizione sul promotore essenziale (core). Questo avviene - tramite reclutamento di GTF - tramite reclutamento di HAT oppure di attivita che rimodellano la cromatina - tramite attivita acetilasiche intrinsiche

21 I fattori trascrizionali sono proteine modulari

22 Struttura modulare dei fattori di trascrizione: il dominio di attivazione u Una sequenza polipeptidica che attiva la trascrizione quando fusa con un motivo di legame al DNA u Sono essenzialmente superfici adatte a mediare interazioni proteina- proteina attraverso le quali puo avvenire il reclutamento dei diversi componenti del macchinario trascrizionale (altri fattori di trascrizione, co-attivatori, GTFs, HAT, SWI/SNF) u Spesso comprendono aa acidici

23 Il dominio di attivazione favorisce lassemblamento del macchinario trascrizionale

24 10.7 Activators stimulate the highly cooperative assembly of initiation complexes Lodish Figure Binding sites for activators that control transcription of the mouse TTR gene

25 10.7 Model for cooperative assembly of an activated transcription-initiation complex in the TTR promoter Lodish Figure 10-61

26 I repressori trascrizionali sono spesso linverso funzionale degli attivatori

27 Esempio di reclutamento di de-acetilasi o acetilasi degli istoni da parte di attivatori/repressori della trascrizione

28 Concetti addizionali: come controllare gli attivatori? u Espressione tessuto-specifica o inducibile di fattori di trascrizione costitutivamente attivi u Attivazione post-traduzionale di fattori inattivi (es. tramite fosforilazione) u Regolazione della localizzazione cellulare (e.s sequestramento nel citoplasma) u Attivazione mediata da ligando (es. ormoni steroidei)


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