11 capitolo

CAPITOLO 11
I meccanismi
molecolari della
regolazione genica
Il principio predominante della regolazione genica è che alcuni geni
controllano l’espressione di altri geni. Per molti anni si è creduto che la
regolazione fosse mediata principalmente da proteine che legano il DNA.
È stato dimostrato invece che l’espressione genica può essere regolata
anche dall’RNA, in particolar modo da piccole molecole di RNA a singolo
filamento che sono modificate da precursori di RNA a doppio filamento.
Questo modello molecolare prevede che una molecola di RNA che
contiene sequenze di basi complementari possa formare una struttura a
forcina (hairpin) e che il solco della forcina sia maturato in un microRNA
capace di regolare l’espressione di altri geni.
I N D I C E
D E L
C A P I TO L O
11.1 La regolazione della trascrizione nei procarioti
I sistemi inducibili e reprimibili di regolazione
negativa
La regolazione positiva
11.2 Il sistema di regolazione genica dell’Operone
I mutanti lac–
La sintesi inducibile e costitutiva e la repressione
Il repressore
La regione dell’operatore
La regione del promotore
Il sistema di regolazione trascrizionale dell’operone
La regolazione positiva dell’operone del lattosio
La regolazione dell’operone del triptofano
11.3 La regolazione attraverso la terminazione della
trascrizione
L’attenuazione
Gli interruttori di RNA
11.4 La regolazione nel batteriofago lambda
11.5 La regolazione della trascrizione negli eucarioti
Il metabolismo del galattosio nel lievito
Le proteine attivatrici trascrizionali
Enhancer e silencer trascrizionali
La scansione per delezione
Il complesso trascrizionale degli eucarioti
I complessi di rimodellamento della cromatina
I promotori alternativi
380
11.6 I meccanismi epigenetici della regolazione della
trascrizione
La metilazione delle citosine
La metilazione e l’inattivazione della trascrizione
L’imprinting genomico nelle linee germinali femminile e
maschile
11.7 La regolazione attraverso la maturazione e la
degradazione dell’RNA
Lo splicing alternativo
La stabilità dell’RNA messaggero
11.8 L’interferenza dell’RNA
11.9 Il controllo traduzionale
I piccoli RNA regolatori che controllano la traduzione
11.10 I riarrangiamenti programmati del DNA
L’amplificazione genica
La variabilità degli anticorpi e dei recettori delle cellule T
L’interconversione del tipo sessuale
Il controllo trascrizionale del tipo sessuale
Centralino? Centralino?
François Jacob, David Perrin, Carmen Sanchez e Jacques
Monod 1960
L’operone: un gruppo di geni la cui espressione è coordinata da un
operatore [originale in francese]
CONNESSIONE Un doppio problema
Adrew Fire, SiQun Xu, Mary K. Montgomery, Steven A.
Kostas, Samuel E. Driver e Craig C. Mell. 1998
Interferenza forte e specifica da parte di un RNA a doppio filamento in
Caenorhabditis elegans
CONNESSIONE
G
li esseri umani e gli altri animali vertebrati
hanno circa 220 tipi cellulari diversi che
svolgono funzioni specializzate. Queste differenze sono correlate all’espressione dei geni. Infatti la maggior parte dei geni si differenzia in base
al loro livello di espressione a seconda del tipo cellulare o dello stadio del ciclo cellulare. L’attività dei
geni è collegata anche alle funzioni della cellula
stessa: i geni dell’emoglobina, per esempio, sono
espressi a livelli elevati soltanto nei precursori dei
globuli rossi. Il controllo della sintesi di particolari
prodotti genici è definito come regolazione genica.
In molti casi l’attività dei geni è regolata a livello della trascrizione, sia attraverso segnali che
si originano all’interno della cellula stessa, sia in
risposta a condizioni ambientali esterne. Molti
prodotti genici, per esempio, sono necessari solo
occasionalmente e la trascrizione può essere regolata secondo una modalità di acceso-spento
(on-off) che fa sì che questi prodotti siano presenti
soltanto quando la condizione ambientale esterna
lo richiede. Il flusso dell’informazione genetica è
regolato anche in altri modi. I punti di controllo
dell’espressione genica includono:
1. La regolazione trascrizionale della sintesi dei
trascritti di RNA attraverso il controllo dell’inizio o della terminazione della trascrizione.
2. La maturazione dell’RNA o regolazione
attraverso lo splicing dell’RNA o dei prodotti alternativi di splicing.
3. La stabilità dell’mRNA, poiché gli mRNA
che rimangono nella cellula hanno effetti
di maggiore durata rispetto a quelli che
sono degradati rapidamente.
4. Il controllo post-traduzionale, che comprende un gran numero di meccanismi
diversi che influenzano l’attività enzimatica, l’attivazione, la stabilità e così via.
5. I riarrangiamenti del DNA, per i quali
l’espressione genica cambia a seconda della
posizione delle sequenze del DNA nel genoma.
I sistemi di regolazione nei procarioti e negli eucarioti differiscono tra loro in molti particolari. I procarioti sono in generale organismi unicellulari che
crescono e si dividono in modo indefinito fintanto
che le condizioni ambientali sono favorevoli e la
riserva di nutrienti è adeguata. I loro sistemi di regolazione sono congegnati in modo tale da consentire il tasso di crescita massimo in un determinato
ambiente. Differentemente, le cellule di un organismo multicellulare in sviluppo modulano il loro
tasso di crescita allorquando la loro morfologia e il
loro metabolismo vanno incontro a cambiamenti
sorprendenti e coordinati. In un animale adulto la
crescita e la divisione della maggior parte dei tipi
cellulari cessa e ogni tipo cellulare ha la necessità
di mantenere nel tempo la propria identità.
11.1
La regolazione della
trascrizione nei procarioti
Nei batteri e nei fagi l’attività dei geni è spesso
regolata secondo una modalità acceso-spento
attraverso la regolazione della trascrizione.
Quando un prodotto genico è richiesto dalle condizioni ambientali, la trascrizione del gene viene
“accesa”; nelle altre condizioni la trascrizione del
gene viene “spenta”. Il termine spento non deve
essere però preso in senso letterale. Nei batteri
sono conosciuti pochi esempi di sistemi completamente spenti. Quando la trascrizione è bloccata, cioè il gene è “spento”, rimane quasi sempre un livello di espressione genica basale,
mediante la quale avviene in media un evento
di trascrizione per generazione cellulare o anche
meno; di conseguenza “spento” significa in realtà che c’è pochissima sintesi del prodotto genico. Livelli di espressione estremamente bassi si
trovano anche in alcune classi di geni degli eucarioti, che comprendono la maggior parte dei
geni che partecipano allo sviluppo embrionale.
Esistono nei procarioti e negli eucarioti altri
meccanismi di regolazione diversi dalla modalità
acceso-spento; in questi esempi il livello di
espressione di un gene può essere modulato in
modo graduale da elevato a basso a seconda delle
condizioni della cellula.
Nei sistemi batterici, quando parecchi enzimi
agiscono in sequenza in un’unica via metabolica,
in generale o sono prodotti tutti o non ne è prodotto nessuno. Questa regolazione coordinata
deriva dal controllo della sintesi di una o più molecole di mRNA policistronico che codificano tutti
i prodotti genici che funzionano nella stessa via
metabolica. Questo tipo di regolazione non è presente negli eucarioti poiché, come abbiamo visto
nel Capitolo 10, l’mRNA degli eucarioti è monocistronico.
I sistemi inducibili e reprimibili di regolazione
negativa
I meccanismi molecolari di regolazione in genere cadono in una di queste due grandi categorie:
la regolazione negativa e la regolazione positiva. In un
sistema soggetto alla regolazione negativa (FIGURA
11.1, parte A), lo stato basale è “acceso” e la trascrizione avviene finché non è “spenta” da una proteina repressore che si lega al DNA a monte del
sito di inizio di trascrizione. Un sistema regolato
negativamente può essere inducibile (Figura 11.1B)
oppure reprimibile (Figura 11.1C) a seconda di
come si forma il repressore attivo. Nella trascrizione inducibile, una proteina repressore che si
lega al DNA tiene la trascrizione in uno stato
“spento”. In presenza di una piccola molecola chiamata induttore, il repressore si lega preferenzial11.1
La regolazione della trascrizione nei procarioti
381
(A) Regolazione negativa della trascrizione
Sito di legame
del repressore
Nella regolazione negativa, lo stato basale di
trascrizione è “acceso” a meno che un repressore
non “spenga” la trascrizione
Trascrizione
(B) Trascrizione inducibile
Repressore
Nessuna trascrizione
Trascrizione
Induttore
Repressore inattivo
Nella trascrizione
inducibile, il repressore è
una proteina il cui legame
al DNA è inattivato da un
induttore
(C) Trascrizione reprimibile
Nella trascrizione reprimibile il repressore è formato dall’interazione
tra una proteina aporepressore e un corepressore
Trascrizione
Aporepressore
Repressore
attivo
Nessuna trascrizione
Corepressore
FIGURA 11.1 La regolazione negativa (A) comprende meccanismi di controllo della trascrizione inducibili (B) e reprimibili (C).
mente all’induttore e perde la sua capacità di legarsi al DNA, permettendo alla trascrizione di
procedere. Molte vie metaboliche degradative (cataboliche) sono inducibili e utilizzano come induttore il substrato iniziale della via di degradazione.
In questo modo gli enzimi utilizzati per la degradazione non sono sintetizzati a meno che il substrato
non sia presente all’interno della cellula.
Nella trascrizione reprimibile (Figura 11.C)
lo stato di base è “acceso” finché non si forma un
repressore attivo che lo “spegne”. In questo caso
la proteina di regolazione è chiamata aporepressore ed essa non possiede un’attività di legame al
DNA. Il repressore attivo che si può legare al DNA
si forma dalla combinazione dell’aporepressore
con una piccola molecola conosciuta come corepressore. La presenza del corepressore quindi
determina il blocco della trascrizione. La regolazione reprimibile si trova spesso nel controllo
della sintesi di enzimi che partecipano a vie metaboliche biosintetiche (anaboliche); in questi casi
il prodotto finale della via metabolica è spesso il
corepressore. Così gli enzimi della via biosintetica
382
CAPITOLO 11
I meccanismi molecolari della regolazione genica
non sono sintetizzati finché la concentrazione del
prodotto finale non è così bassa da causare la repressione.
La regolazione positiva
Occorre notare che nella regolazione negativa
(Figura 11.1A) lo stato basale della trascrizione è
“acceso” e quindi è necessario un repressore per
spegnerla. Confronta questa situazione a quella di
un sistema regolato positivamente (FIGURA 11.2), in
cui lo stato basale è “spento” e in cui il legame con
una proteina di regolazione è necessario per “accendere” la trascrizione. Una tale proteina di regolazione è chiamata proteina attivatrice di
trascrizione. La regolazione negativa e positiva
non sono mutuamente esclusive e alcuni sistemi
sono regolati sia positivamente che negativamente, utilizzando due regolatori che rispondono
a condizioni diverse della cellula. La regolazione
negativa è più comune nei procarioti, quella positiva negli eucarioti.
Alcuni geni manifestano un’autoregolazione, il che significa che il prodotto proteico di
Regolazione positiva
Sito di legame
dell’attivatore
Nessuna trascrizione
Trascrizione
L’attivatore trascrizionale è legato
al sito di legame dell’attivatore
FIGURA 11.2 Nella regolazione positiva lo stato basale di
trascrizione è “spento”. La trascrizione è stimolata dal legame
di una proteina attivatrice trascrizionale.
un gene regola la sua stessa trascrizione. Nell’autoregolazione negativa la proteina inibisce la trascrizione e concentrazioni elevate della proteina determinano una minore trascrizione dell’mRNA
corrispondente. Questo meccanismo regola automaticamente il livello della proteina nella cellula.
Nell’autoregolazione positiva la proteina stimola
la trascrizione: quanta più proteina è prodotta,
tanto più la trascrizione procede al tasso massimo.
L’autoregolazione positiva è una via comune per
amplificare un’induzione debole. È necessario
solo un segnale debole affinché inizi la produzione della proteina, ma poi si istaura l’autoregolazione che stimola ulteriormente la produzione
ad un livello massimo.
Qui di seguito prenderemo in esame due sistemi classici di regolazione che si trovano nel
batterio Escherichia coli. Questi esempi servono
come esempi specifici dei concetti generali introdotti dalle Figure 11.1 e 11.2. Vedremo che nel
mondo reale la maggior parte dei geni ha meccanismi di controllo che si sovrappongono e che
comprendono sia elementi di regolazione positiva che elementi di regolazione negativa.
11.2
Il sistema di regolazione
genica dell’Operone
La regolazione genica è stata studiata in dettaglio
per la prima volta in E. coli, che è in grado di degradare lo zucchero lattosio e alcune caratteristiche
fondamentali della regolazione genica sono state
scoperte originalmente in questo sistema. Questo
è un esempio classico di regolazione negativa in cui
la trascrizione è inducibile (Figura 11.1 B).
Il sequenziamento genomico ha messo in luce
recentemente che i geni per l’utilizzazione del latto-
sio in E. coli sono presenti in un’isola genomica di
DNA del tipo discusso nel Paragrafo 9.1. Sulla base
di quello che ora sappiamo della sequenza del DNA
di questi geni e della loro assenza in specie batteriche
evolutivamente molto vicine, risulta chiaro che i
geni del lattosio sono localizzati in un’isola genomica
di circa 5 kb di DNA che è stata trasferita nel genoma
di E. coli da una fonte sconosciuta almeno 50 milioni
di anni fa. Questa è una delle almeno 234 isole genomiche che si sono inserite nel genoma di E. coli dal
momento della sua divergenza dal batterio più strettamente imparentato circa 100 milioni di anni fa.
Una prima comprensione dei meccanismi di
regolazione è derivata da un’analisi genetica
delle mutazioni che influenzano il metabolismo
del lattosio. I paragrafi che seguono descrivono
le proprietà di queste mutazioni e le interpretazioni che sono emerse dalla loro analisi. I meccanismi di regolazione che sono stati supposti
dall’analisi dei mutanti sono stati confermati abbondantemente da studi molecolari diretti.
I mutanti lac–
Per il metabolismo del lattosio in E. coli sono
necessarie due proteine, l’enzima ␤-galattosidasi, che scinde il lattosio in galattosio e glucosio,
e la lattosio permeasi, una molecola di trasporto
che è necessaria per l’ingresso del lattosio nella
cellula. L’esistenza di due proteine diverse nel sistema di utilizzo del lattosio è stata dimostrata per
la prima volta da una combinazione di esperimenti di genetica e di analisi biochimica.
Innanzitutto sono stati isolati centinaia di mutanti incapaci di usare il lattosio come fonte di carbonio, definiti come mutanti lac–. Alcune delle mutazioni erano nel cromosoma di E. coli, mentre altre
erano in un plasmide F’ lac, che porta i geni per
l’utilizzo del lattosio. Attraverso esperimenti di coniugazione F’ F– i ricercatori hanno costruito dei
diploidi parziali con i genotipi F’ lac–/lac+ e F’ lac+/lac–.
(Il genotipo del plasmide è indicato a sinistra del
simbolo di divisione e quello del cromosoma batterico alla destra). Fu osservato che tutti questi diploidi
parziali avevano sempre un fenotipo Lac+ (cioè, essi
producevano -galattosidasi e permeasi); pertanto
nessun diploide parziale produceva un inibitore che
impediva il funzionamento dei geni lac. Sono stati
costruiti altri diploidi parziali nei quali sia il plasmide
F’ sia il cromosoma batterico portavano l’allele lac–.
Questi costrutti sono stati saggiati per il fenotipo di
lac+, con il risultato che tutti i mutanti inizialmente
isolati potevano essere classificati in due gruppi di
complementazione, chiamati lacZ e lacY, un risultato
che prevede che il sistema lac sia composto da almeno due geni. In particolare i diploidi parziali
F’ lacZ– lacY+/lacZ+/lacY– e
F’ lacZ+ lacY–/ lacZ– lacY+
11.2
Il sistema di regolazione genica dell’Operone
383
La sintesi inducibile e costitutiva e la
repressione
La modalità “acceso – spento” del sistema di
utilizzazione del lattosio è dimostrata dalle seguenti osservazioni:
1. Se una coltura di E. coli Lac+ è fatta crescere
su un terreno che non include il lattosio o
nessun altro -galattoside, le concentrazioni intracellulari di -galattosidasi e di
permeasi sono estremamente basse, pari
circa a 1-2 molecole per cellula batterica.
Tuttavia, se il lattosio è presente nel terreno
di crescita, il numero di ciascuna di queste
molecole è circa mille volte superiore.
2. Se si aggiunge lattosio ad una coltura lac+
che cresce in un terreno privo di lattosio
(ma privo anche di glucosio, un punto che
sarà trattato tra breve), la -galattosidasi e
la permeasi sono sintetizzate entrambe
quasi simultaneamente, come mostrato
nella FIGURA 11.3. L’analisi dell’mRNA totale
presente nelle cellule prima e dopo l’aggiunta del lattosio mostra che prima
dell’aggiunta del lattosio non ci sono quasi
molecole di mRNA lac (l’mRNA policistronico che codifica per la -galattosidasi e la
permeasi), mentre l’aggiunta del lattosio
innesca la sintesi dell’mRNA lac.
Queste due osservazioni hanno portato a concludere che la trascrizione dei geni del lattosio è inducibile e che il lattosio (o un derivato del lattosio) è
l’induttore. Alcuni analoghi del lattosio possono
agire come induttori, quali ad esempio un analogo
che contiene zolfo, indicato come IPTG (isopropiltiogalattoside). Questo induttore sintetico è conveniente negli esperimenti perché induce la sintesi di
384
CAPITOLO 11
I meccanismi molecolari della regolazione genica
-galattosidasi e di permeasi, ma non è scisso dalla
-galattosidasi: in questo modo i livelli di IPTG rimangono stabili nella cellula indipendentemente
della presenza o meno della -galattosidasi.
La chiave per comprendere l’induzione venne
da mutanti con una regolazione difettiva. In una
classe di mutanti della regolazione l’mRNA lac
era sintetizzato anche in assenza dell’induttore.
A causa della loro sintesi costante questi mutanti
furono chiamati costitutivi. I mutanti costitutivi rientravano in due classi, i mutanti lac– e i
mutanti lacOc. Furono ottenuti anche mutanti
che non erano in grado di produrre l’mRNA lac
anche quando era presente l’induttore. Questi
mutanti non inducibili rientravano in due classi,
i mutanti lacIS e lacP–. Le caratteristiche dei mutanti sono mostrate nella TABELLA 11.1 e sono descritte nei paragrafi che seguono.
Il repressore
Nella Tabella 11.1, i genotipi 3 e 4 dimostrano
che le mutazioni lacI– sono recessive. In assenza
di induttore, una cellula lacI+ non sintetizza
l’mRNA lac, mentre l’mRNA è prodotto in un
mutante lacI–. Questi risultati suggeriscono che:
Il gene lacI è un gene di regolazione il cui prodotto
è la proteina repressore che mantiene bloccata la
sintesi. Poiché il repressore è necessario per
bloccare la sintesi dell’mRNA, la regolazione da
parte del repressore è una regolazione negativa.
Quantità di -galattosidasi, permeasi,
e mRNA di lac (unità arbitrarie)
avevano un fenotipo Lac+ (complementazione),
producendo sia -galattosidasi che permeasi.
Tuttavia, i genotipi
F’ lacZ–lacY+/lacZ–lacY+ e
F’ lacZ+lacY–/ lacZ+lacY–
avevano un fenotipo Lac– (assenza di complementazione). Le cellule F’ lacZ–lacY+/lacZ–lacY+
non erano capaci di sintetizzare la -galattosidasi, e quindi lacZ codifica per la -galattosidasi.
Le cellule F’ lacZ+lacY–/lacZ+lacY– non erano in
grado di sintetizzare la permeasi, quindi lacY codifica per la permeasi. (Un terzo gene che codifica una -galattosidasi transacetilasi è stato scoperto successivamente. Questo gene non era
stato incluso tra i primi mutanti perché non è
essenziale per la crescita sul lattosio). Un risultato finale importante – cioè che i geni lacZ e lacY
erano adiacenti – fu dedotto dalla frequenza elevata di cotrasducenti osservata negli esperimenti
di mappatura genetica.
mRNA di lac
-Galattosidasi
Permeasi
5
Lattosio
aggiunto
10
Tempo in minuti
Lattosio
rimosso
FIGURA 11.3 La natura “acceso-spento” del sistema lac.
L’mRNA di lac compare subito dopo che è aggiunto il lattosio o
un altro induttore. La β-galattosidasi e la permeasi compaiono
quasi simultaneamente, ma dopo la sintesi dell’mRNA a causa
del tempo richiesto per la traduzione. Quando il lattosio è
rimosso, l’mRNA non è più sintetizzato e la quantità di mRNA
di lac decresce a causa della degradazione dell’mRNA che già
avviene. β-galattosidasi e permeasi sono entrambe proteine
stabili. Le loro quantità rimangono costanti anche quando la
loro sintesi cessa. Tuttavia, la loro concentrazione per cellula
gradualmente diminuisce in seguito a ripetute divisioni cellulari.
Tabella 11.1 Caratteristiche di diploidi parziali che contengono diverse combinazioni di alleli lacI, lacO e lacP
Genotipo
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
F lacO c lacZ冒lacO lacZ
F lacO lacZ冒lacO c lacZ
F lacI lacZ冒lacI lacZ
F lacI lacZ冒lacI lacZ
F lacO c lacZ冒lacO lacZ
F lacO c lacZ冒lacO lacZ
F lacI s lacZ冒lacI lacZ
F lacI lacZ冒lacI s lacZ
F lacP lacZ冒lacP lacZ
F lacP lacZ冒lacP lacZ
F lacP lacZ冒lacP lacZ
F lacP lacZ冒lacP lacZ
Sintesi di mRNA lacZⴙ
Fenotipo Lac
Costitutivo
Costitutivo
Inducibile
Inducibile
Inducibile
Costitutivo
Non inducibile
Non inducibile
Inducibile
Inducibile
Non inducibile
Inducibile
Come la proteina repressore lacI si leghi al DNA e
prevenga la sintesi dell’mRNA lac sarà spiegato
dopo. Un mutante lacI– è privo della proteina repressore e di conseguenza la trascrizione è costitutiva. Copie selvatiche della proteina repressore sono
presenti in un diploide parziale lacI+/lacI– e quindi
la trascrizione è repressa. È importante notare che
il singolo gene lacI+ previene la sintesi dell’mRNA
di lac sia dal plasmide F’ che dal cromosoma. Pertanto la proteina repressore deve essere capace di
diffondere all’interno della cellula, poiché è in
grado di bloccare la sintesi dell’mRNA da entrambe
le molecole di DNA presenti nel diploide parziale.
Esperimenti di mappatura genetica hanno posizionato il gene lacI molto vicino al gene lacZ e hanno
stabilito che l’ordine dei geni era lacI lacZ lacY.
Facendo riferimento ancora alla Tabella 11.1,
i genotipi 7 e 8 indicano che le mutazioni lacIS
sono dominanti e agiscono in modo da bloccare
la sintesi dell’mRNA dal plasmide F’ e dal cromosoma sia in presenza che in assenza di induttore
(la lettera in apice di lacIS sta a significare superrepressore). Le mutazioni lacIS determinano la
produzione di molecole del repressore che non
sono capaci di riconoscere e di legare l’induttore,
quindi reprimono la sintesi di mRNA lac anche
in presenza dell’induttore.
La regione dell’operatore
Le righe 1 e 2 della Tabella 11.1 mostrano che le
mutazioni lacOC sono dominanti. Tuttavia, la dominanza è evidente soltanto in certe combinazioni
delle mutazioni lac, come si può vedere esaminando i diploidi parziali delle righe 5 e 6. Entrambe
le combinazioni sono lac+ perché è presente un
gene funzionale lacZ. Tuttavia nella combinazione
mostrata alla riga 5, la sintesi della -galattosidasi
è inducibile anche se è presente una mutazione
lacOC. La differenza sta nel fatto che nella riga 5 la
mutazione lacOC è presente sulla stessa molecola di
DNA della mutazione lacZ–, mentre nella riga 6
lacOC è nella stessa molecola di DNA di laZ+. La
caratteristica chiave di questi risultati è che:
Una mutazione lacOC determina la sintesi
costitutiva della -galattosidasi soltanto quando
gli alleli lacOC e lacZ+ sono presenti nella stessa
molecola di DNA.
La mutazione lacOC è definita cis-dominante, poiché soltanto i geni nella configurazione in cis (nella stessa molecola di DNA che
contiene la mutazione lacOC) sono espressi in
modo dominante. Una conferma di questa conclusione deriva da un’osservazione biochimica
importante: l’enzima mutante derivato dalla sequenza lacZ– è sintetizzato in modo costitutivo in
un diploide parziale lacOC lacZ– / lacO+ lacZ+ (riga
5), mentre l’enzima selvatico (codificato dalla
sequenza lacZ+) è sintetizzato soltanto se è aggiunto un induttore. Tutte le mutazioni lacOC
sono localizzate tra i geni lacI e lacZ, quindi l’ordine dei geni dei quattro elementi genetici del
sistema lac è:
lacI lacO lacZ lacY.
Una caratteristica importante di tutte le mutazioni lacOC è che esse non possono essere complementate (una caratteristica tipica di tutte le
mutazioni cis-dominanti), ovvero un allele lacO+
non può modificare l’attività costitutiva di una
mutazione lacOC. Questa osservazione implica
che la regione lacO non codifica per un prodotto
diffusibile e deve invece definire un sito nel DNA
che determina se la sintesi del prodotto del gene
adiacente lacZ sia inducibile o costitutiva. La regione lacO è chiamata operatore. Nel prossimo
paragrafo vedremo che l’operatore è di fatto un
sito di legame del DNA per la proteina repressore.
La regione del promotore
Le righe 11 e 12 della Tabella 11.1 dimostrano
che le mutazioni lacP – , come le mutazioni
11.2
Il sistema di regolazione genica dell’Operone
385