Espressione genica

Un modo semplice per visualizzare l’espressione genica RNA “dot-blot”

Livelli di regolazione dell’espressione genica Organizzazione del genoma Genoma

L’espressione dei tRNA isoaccettori dipende dal numero di copie dei geni Abbontanza cellulare dei tRNA Numero di copie dei geni per tRNA (%)

La duplicazione genica genera nuovi geni e nuove possibilità di regolazione Duplicazione (1% dei geni / milione anni) Divergenza per mutazioni (0.1% / milione di anni)

I geni duplicati dell’emoglobina sono diversamente regolati Espressione delle diverse forme di emoglobina in diverse fasi dello sviluppo dell’uomo

Livelli di regolazione dell’espressione genica Genoma Organizzazione del genoma Accesso al genoma

In vivo, il DNA è fortemente impaccato in una struttura nucleo-proteica (CROMATINA) che: Compatta il DNA in modo da renderlo dimensio- nalmente compatibile con le dimensioni nucleari; Stabilizza il DNA; Avvicina sequenze (incluse quelle di controllo) linearmente assai distanti tra loro. Riduce drasticamente l’accessibilità dei fattori trascrizionali e della RNA polimerasi al DNA

Eritroblasti: gene espresso (sensibile alle nucleasi) CORRELAZIONE NEGATIVA tra COMPATTAZIONE CROMATINICA ed ESPRESSIONE GENICA Il DNA (cromatina) dei geni ESPRESSI è molto più sensibile all’attacco delle nucleasi di quello del DNA prelevato da cellule in cui gli stessi geni NON vengono espressi Eritroblasti: gene espresso (sensibile alle nucleasi) Cellule MSB: gene non espresso (insensibile alle nucleasi)

La struttura della cromatina può essere modificata in modo regolato Acetilazione degli istoni - rimodellamento della cromatina - creazione di siti di legame per fattori trascrizionali

Livelli di regolazione dell’espressione genica Genoma Organizzazione del genoma Accesso al genoma Trascrizione

Regolazione negativa (repressione) della trascrizione di lac

Un segnale (il lattosio) attiva la trascrizione facendo dissociare il repressore dal DNA

Regolazione negativa dell’operone del triptofano

Un segnale (il triptofano) reprime la trascrizione facendo associare il repressore al DNA

Regolazione positiva attivazione dell’operone Lac un segnale che indica assenza di glucosio si lega ad un attivatore facendolo associare al DNA.

Le dimensioni e la complessità delle regioni regolative (più che il numero dei geni) aumentano all’aumentare della complessità biologica a) ‘enhancer’ (fino a 50 kb a monte del sito di inizio della trascrizione!) b) ‘basal promoter’ o promotore prossimale (non più di 200 bp dal sito di inizio)

Livelli di regolazione dell’espressione genica Genoma Organizzazione del genoma Accesso al genoma Trascrizione Maturazione dell’RNA

I geni eucariotici sono soggetti a splicing

Lo splicing può generare prodotti alternativi

Lo splicing alternativo può essere regolato da attivatori e repressori Repressori di splicing Intronici o esonici Attivatori di splicing Intronici o esonici

Livelli di regolazione dell’espressione genica Genoma Organizzazione del genoma Accesso al genoma Trascrizione Maturazione dell’RNA Degradazione dell’RNA Sintesi proteica

Piccoli RNA possono regolare la degradazione del messaggero e la sintesi di proteine

Espressione genica L’evoluzione modifica l’organizzazione dei genomi e l’espressione dei geni. I’espressione genica è soggetta a una precisa regolazione spaziale e temporale. La regolazione dell’espressione può avvenire a livelli diversi e secondo modalità diverse. La maggior parte degli eventi regolativi interessano la trascrizione. Uno stesso gene può essere soggetto a diversi livelli di regolazione. Alcuni princìpi fondamentali di regolazione sono validi per tutti gli organismi.