I procarioti attivano/disattivano geni in funzione dell’ambiente (disponibilità alimentare

E.Coli metabolizza lattosio producendo 3 enzimi Beta galattosidasi Lattosio permeasi Lattosio transacetilasi

Modello dell’OPERONE

Proteina CRP e cAMP (attivatori della produzione di mRNA)

Il modello dell’operone nei batteri (procarioti) I batteri regolano l’espressione genica in funzione della relazione con l’ambiente

Salamandra: 40 volte il genoma umano Giglio: 150 miliardi pb ORGANIZZAZIONE DEL GENOMA EUCARIOTE come i nucleotidi si organizzano per esprimere un’informazione dell’organismo? procarioti Genoma eucarioti Salamandra: 40 volte il genoma umano Giglio: 150 miliardi pb Ameba:670 miliardi pb Grano tenero:126 cromosomi Le dimensioni del genoma non è correlato alla complessità

ORGANIZZAZIONE DEI GENOMI CHE BISOGNO C’È DI TUTTO QUEL DNA? LA DIMENSIONE DEL GENOMA NON E’ CORRELATO ALLA COMPLESSITA’  salamandra:genoma 40 volte più grande di quello umano giglio : genoma di 150 miliardi di paia di basi Ameba: 670 miliardi di paia di basi Uomo: 3 miliardi di paia di basi

Il genoma può cambiare le sue dimensioni come? Poliploidizzazione (esempio grano tenero) Trasposoni e Retrotrasposoni (esempio mais) Sequenze ripetitive Inserimenti virali Introni pseudogeni I genomi molto grandi lo sono a causa di DNA non codificante.

Nelle piante, in anfibi e rettili è frequente la poliploidia

gli introni circa 50% del DNA sequenze non codificanti all’interno di un gene- vengono trascritte ma eliminate nello splicing

Origine degli introni – funzione Ogni introne possiede sequenze di nucleotidi in testa e coda che sono riconosciuti dagli spliceosomi Hanno capacità di autosplicing Permettono la ricombinazione degli esoni (splicing alternativo Sono sede di attacco per fattori di regolazione Rimanenze di esoni mutati e disattivati (relitti) Virus integrati che si sono disattivati o hanno lasciato residui Specie collegate hanno densità di introni diverse

trasposoni (elementi genetici mobili) sequenze geniche che si possono muovere in posizioni diverse sui cromosomi: TRASPOSONI Possono alterare l’espressione di geni adiacenti Sono presenti nei procarioti e negli eucarioti È uno dei processi che diversificano il Dna delle specie (riarrangiamento del Dna)

TRASPOSONI E RETROTRASPOSONI

Teoria del DNA “altruista” Petrushev-minchevich Serve per proteggere il DNA da mutazioni (esempio telomeri) In momenti di stress ossidativo i trasposoni sono attivati e si moltiplicano Questo DNA sarebbe “altruista” perché sacrifica se stesso esponendosi alle mutazioni Non si sa ancora cosa risvegli i trasposoni. L’ipotesi non è confermata

Sequenze altamente ripetute non codificanti e non trascritte 40% (es Sequenze altamente ripetute non codificanti e non trascritte 40% (es.eterocromatina) Sequenze SINE (sequenze corte ) Sequenze LINE (sequenze lunghe) 20-50 pb ripetute fino a 106 sono raggruppate in zoneDNA microsatellite es. centromeri e telomeri dei cromosomi 300-6000 pb ripetute fino a 50.000 volte sparse in tutto il genoma Ne sono state individuate 1 milione Sono il 10% del DNA Es. sequenze ALU

come la cellula eucariote silenzia o accende un gene? A livello di trascrizione A livello post trascrizionale la compattazione del DNA (eucromatina eterocromatina) Fattori basali di trascrizione Proteine regolatrici dell’attività di trascrizione (attivatori- silenziatori) Regolazione a livello di splicing Luogo citoplasmatico in cui la proteina viene prodotta

La sintesi proteica nelle cellule eucariote Solo nelle zone accessibili del DNA (eucromatina) RNA-polimerasi molto più complesso (non lega il DNA in modo diretto) Necessità di proteine sul promotore (fattori basali di trascrizione) Modulazione dell’attività (proteine attivatrici e silenziatrici) Presenza di esoni e introni

Acetilazione degli istoni- metilazione del dna Eucromatina/eterocromatina Acetilazione= DNA decondensato (si trascrizione) Metilazione del DNA= compattazione (no trascrizione) Puff cromosomici

La compattazione del DNA

Parti non espresse del DNA sono precedute da isole CpG metilate

Acetilazione degli istoni

Maturazione del trascritto primario lo splicing Per mantenere integro il filamento: capping (nucleoside) in 3’ e PoliA in 5’

Per mantenere integro il filamento: capping (nucleoside) in 5’ e PoliA in 3’

Lo splicing alternativo

Proteine regolatrici dell’espressione genica  FATTORI DI TRASCRIZIONE FATTORI BASALI DI TRASCRIZIONE FATTORI DI MODULAZIONE ATTIVATORI/SILENZIAT ORI Sul promotore Indispensabili ad RNA polimerasi per legarsi al DNA Nell’insieme formano una costruzione proteica indispensabile alla trascrizione Proteine leganti il DNA che interagiscono con i fattori basali Possono essere vicine o lontane dal gene strutturale Attivatori: aumentano la trascrizione Silenziatori: sopprimono la trascrizione

Fattori di trascrizione nei genomi di diversi organismi

Il promotore negli eucarioti

Fattori basali di trascrizione

TATA box sequenza canonica localizzata insieme ad altre sequenze canoniche come la CAAT Box o la GC Box, sul promotore regione che facilita l'attacco della RNA polimerasi (trascrizione di un mRNA) e sulla quale la RNA polimerasi inizia ad aprire l'elica di DNA.

La TATA Binding Protein o TBP è una proteina legante che si lega specificamente alla TATA Box. È uno dei fattori basali di trascrizione, indispensabile per assemblare la macchina di trascrizione eucariotica TBP compie il primo passo nella sequenza di eventi che porteranno all'attivazione del promotore TBP

Esempio dell’importanza dei fattori basali di trascrizione: Corea di Huntington La mutazione di 1 fattore basale determina l’assenza dei recettori cellulari per la dopamina

Sito enancher

Attivatori - enhancer

Dogma centrale: i geni non si muovono trasposoni. I geni si muovono Dogma centrale: i geni non si muovono trasposoni?I geni si muovono! Barbara Mc Clintock

I trasposoni Nobel 1992 ( su studi fatti nel 1951)

la coniugazione batterica Trasferimento di geni la coniugazione batterica

Trasferimento di geni: La trasduzione batterica I geni si trasferiscono per mezzo di un vettore virale Trasduzione generalizzata: i geni trasportati sono casuali

Virus HIV

Sito di inserzione del Fago Lambda trasduzione specializzata: i geni trasportati sono specifici e collocati nei pressi dei siti di integrazione del cromosoma batterico

Provirus: virus che integrano il Dna virale con il corredo genetico degli eucarioti (virus a dna/virus ad Rna o anche detti retrovirus)

Le tecniche del DNA ricombinante Trasformazione batterica

Gli enzimi di restrizione La scoperta: Werner Arber, Daniel Nathans e Hamilton Smith. Nel 1978 ricevettero il Premio Nobel in medicina "per la scoperta degli enzimi di restrizione e la loro applicazione a problemi di genetica molecolare".

Gli enzimi di restrizione

Enzimi di restrizione