RNA Polimerasi I

TRASCRIZIONE
del
DNA
DNA ---> RNA ---> Proteina
La sintesi di RNA
richiede uno stampo di
DNA e procede da
5’ --> 3’
E’ mediata dalla
RNA polimerasi
5’ – ATTGGGCGCGATGGTTTATAGATCTACCCATAGTCTGC – 3’
3’ – TAACCCGCGCTACCAAATATCTAGATGGGTATCAGACG – 5’
La sintesi di RNA utilizza come stampo
la catena inferiore
RNA risultante simile alla catena
superiore
5’ – AUUGGGCGCGAUGGUUUAUAGAUCUACCCAUAGUCUGC
– 3’
5’
Regione regolatoria
Regione trascritta
3’
CONTROLLO SINTESI PROTEICA
PROCARIOTI
non possiedono nucleo
il DNA genomico è sparso nel
citoplasma
la trascrizione è accoppiata alla
traduzione
EUCARIOTI
il DNA genomico è organizzato in
cromosomi nel nucleo
presenza di istoni associati al DNA e
formazione di cromatina
la trascrizione avviene nel nucleo.
La traduzione nel citoplasma dopo che
l'RNA è maturato a messaggero
(perdita degli introni, poliadenilazione,
ecc.)
CONTROLLO GENICO
Nei PROCARIOTI serve per:
Negli EUCARIOTI serve per:
- Adattare il batterio ai
cambiamenti nutrizionali
- Regolare un programma genetico alla
base dello
- divisione cellulare
sviluppo embrionale e
del differenziamento cellulare e
tissutale
CONTROLLO GENICO NEI PROCARIOTI
nei batteri il controllo genico può avvenire:
- a livello dell'inizio della trascrizione
- a livello della terminazione della trascrizione
- a livello del ricambio dell'RNA (stabilità dell'mRNA)
INIZIO DELLA TRASCRIZIONE NEI PROCARIOTI
RNA polimerasi
possiede
2 subunità uguali 
2 subunità diverse e ' (legano il DNA aspecificamente)
1 subunità ω
PROTEINE ACCESSORIE della RNA polimerasi
FATTORE 
aiuta l'RNA polimerasi a riconoscere sequenze specifiche
del DNA a livello del promotore.
Si conoscono diversi tipi di fattori :
variano per i diversi promotori.
Il complesso RNA polimerasi con il Fattore si chiama
OLOENZIMA
L’oloenzima legato al DNA separa la struttura a doppia elica
e comincia a formare RNA sul templato di DNA
Dopo l’inizio della trascrizione il fattore  si stacca
INDUZIONE O REPRESSIONE DELLA
TRASCRIZIONE GENICA BATTERICA
SOSTANZE NUTRITIVE
Quantita’ di enzima
velocita’ di sintesi dell’enzima
- induzione enzimatica: solo quando una determinata sostanza
nutritiva e’ presente (oppure e’ assente)
INDUZIONE / REPRESSIONE
teorico
sperimentale
tempo
OPERONI
Vengono chiamati OPERONI dei
controllati da un unico promotore.
geni
in
successione
L'OPERONE da origine ad un singolo RNA messaggero che
viene detto POLICISTRONICO, perchè codifica più di una
proteina (CISTRONE è l'unità genetica più piccola che
codifica un solo peptide).
I geni di un operone spesso codificano gli enzimi diversi di
una sola via metabolica. Essi vengono così controllati in
modo coordinato.
OPERONE LAC
ASSENZA DI LATTOSIO - PRESENZA GLUCOSIO
PRESENZA DI LATTOSIO - PRESENZA DI GLUCOSIO
PRESENZA DI LATTOSIO - ASSENZA DI GLUCOSIO
L’assenza di GLUCOSIO porta ad un
AUMENTO dei LIVELLI di cAMP
cAMP lega
--> proteina attivatrice del catabolismo
[CAP]
--> azione attivatoria sul promotore
CONTROLLO DELLA TRASCRIZIONE NEI PROCARIOTI
PROTEINE BATTERICHE STRUTTURALI (GENI STRUTTURALI)
Sono in genere trascritte in modo COSTITUTIVO, a velocità
più o meno costante, ed entrano a far parte di membrane,
ribosomi, ecc.
PROTEINE BATTERICHE REGOLATRICI (GENI REGOLATORI)
- meno numerose
- permettono di percepire le variazioni ambientali;
- legano il DNA alterando la velocità di trascrizione dei geni
strutturali in senso positivo o negativo.
le proteine batteriche regolatrici si dividono in:
REPRESSORI e ATTIVATORI
REPRESSORI DELLA TRASCRIZIONE GENICA
REPRESSORI
sono le proteine regolatrici ad azione
negativa; impediscono il legame con dell'RNA polimerasi
(oloenzima) al DNA, interagendo con determinate
sequenze a livello del sito OPERATORE, spesso
localizzato vicino al PROMOTORE.
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i REPRESSORI possono combinarsi con piccole molecole
dette EFFETTORI che influenzano l'affinità del legame del
repressore con il DNA.
Gli EFFETTORI possono essere
INDUTTORI o COREPRESSORI
- gli INDUTTORI si combinano con il repressore e ne
diminuiscono l'affinità di legame con il DNA.
- i COREPRESSORI hanno il ruolo opposto, in tal caso il
repressore funziona solo in presenza del suo effettore
corepressore.
R(attivo) + I
--> R-I(inattivo)
NO TRASCRIZIONE
R(inattivo) + CR --> R-CR (attivo) NO TRASCRIZIONE
R = repressore
I = induttore
CR = corepressore
ATTIVATORI DELLA TRASCRIZIONE GENICA
ATTIVATORI
sono le proteine regolatrici ad azione positiva; si legano al
DNA interagendo con determinate sequenze a livello del
sito PROMOTORE o vicino ad esso; aumentano la
frequenza con cui l'RNA polimerasi (oloenzima) si lega al
promotore.
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anche gli ATTIVATORI possono utilizzare un EFFETTORE.
CONTROLLO COMPOSTO DELLA
TRASCRIZIONE GENICA
una diminuzione del GLUCOSIO porta alla produzione di:
EFFETTORE
--> AMP ciclico
che lega e attiva una
ATTIVATORE
--> PROTEINA ATTIVATRICE del CATABOLISMO
(CAP), che serve per molti geni diversi.
L' OPERONE lac è sotto il controllo:
positivo del complesso CAP-cAMP
negativo della proteina repressore per il lattosio.
CONTROLLO DELLA TERMINAZIONE
DELLA TRASCRIZIONE
E' meno determinante di quello effettuato sull'inizio della
trascrizione.
Avviene alla fine di un gene su appositi
SITI DI TERMINAZIONE ricchi di G e C.
Alcune proteine funzionano da fattori di terminazione:
es il FATTORE RHO (proteina specifica)
-TERMINAZIONE DIPENDENTE DAL FATTORE RHO
la proteina (fattore RHO) forma un esamero su cui si
avvolge l'RNA in formazione, provocandone il discacco
dal DNA templato.
- TERMINAZIONE INDIPENDENTE DAL FATTORE RHO:
EUCARIOTI
NUCLEOLO
Sede della trascrizione degli RNA ribosomiali ed
assemblaggio dei ribosomi
EUCROMATINA
90%
cromatina decondensata
dispersa nel nucleo
--> consente la trascrizione dei geni
ETEROCROMATINA
10%
cromatina nello stato compattato
--> non consente la trascrizione dei
geni
Alla MITOSI eucromatina  eterocromatina
ISTONI
Gli istoni, proteine cariche positivamente (aa
basici), interagiscono con il DNA carico
negativamente per i gruppi fosfato.
Cinque tipi di istoni: 4 in doppio formano un
ottamero intorno al quale il DNA si avvolge in
modo sinistrorso chiamato nucleosoma,
bloccato dall’Istone H1
INIZIO TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI
TRE tipi di RNA polimerasi (nei batteri solo 1)
-RNA polimerasi I
sintetizza RNA ribosomiale
-RNA polimerasi II
sintetizza gli mRNA
-RNA polimerasi III
sintetizza gli piccoli RNA (tRNA, RNA 5S)
RNA POLIMERASI E FATTORI DI TRASCRIZIONE
I FATTORI DI TRASCRIZIONE sono proteine che facilitano
l'interazione tra la RNA polimerasi ed il DNA.
Si dividono in:
-Fattori richiesti per l'inizio della trascrizione;
-Fattori che aiutano il processo di allungamento
dell'RNA da parte dell'RNA polimerasi;
-Fattori che partecipano alla formazione di un
complesso attivo di preinizio, che non
sono più richiesti nelle fasi avanzate
della trascrizione.
primi due sono FATTORI GENERALI necessari per la
trascrizione di tutti i geni
Gli ultimi sono FATTORI SPECIFICI, servono solo per
particolari geni e corrispondono alle proteine regolatrici
trovate nei procarioti.
RNA Polimerasi I
Due fattori di trascrizione (UBF e SL1) si legano al promotore dell’rDNA.
Reclutano la RNA polimerasi I formando il complesso di inizio
si legano al DNA che codifica i vari RNA ribosomiali ed aiutano la RNA polimerasi I
SL1 e’ formata da diverse proteine associate al TBP (TATAbox binding protein)
RNA Polimerasi III
Sintetizza gli RNA 5S (nucleoli e citoplasma)
Sintetizza gli RNA transfer (tRNA)
I promotori per questi due geni sono a valle del
sito di inizio della trascrizione
Sintetizza l’snRNA U6
Il suo promotore è a monte del sito di inizio della
trascrizione
RNA Polimerasi III
RNA 5S (nucleoli e citoplasma)
Richiede TFIIIA legato a
TFIIIB+TFIIIC
RNApolIII
RNA transfer (tRNA)
NON richiede TFIIIA ma solo
TFIIIB+TFIIIC
RNApolIII
snRNA U6
Richiede la TBP(TFIIB)+SNAP
RNA Polimerasi II
formazione degli trascritti primari di RNA
La maggior parte degli mRNA (che derivano dalla maturazione del
trascritto primario) è MONOCISTRONICA, quindi sono tutti
controllati da un loro promotore specifico.
L'RNA polimerasi II inizia la sintesi a livello del sito CAP.
Il sito CAP e’ preceduto dal TATA box
TATA box
sequenza altamente conservata, collocata a circa 25-35
nucleotidi a monte del sito CAP di inizio della trascrizione.
Regioni upstream
Regioni downstream
<---------- trascrizione ---------->
Sito CAP
introni
Promoter
esoni
Eucarioti
TATA box
-200
-160
-120
-80
-40
-1
CONTROLLO DELLA TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI
La RNA polimerasi II richiede molti FATTORI DI TRASCRIZIONE diversi da quelli della I
e della III.
Il più importante è il TFIID, proteina di circa 100 Kda che lega il TATA box
Il TFIID e’ composto dal TBP (TATAbox binding protein)+ TAF (TBP associated proteins)
CONTROLLO DELLA TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI
FATTORI BASALI DELLA TRASCRIZIONE
La RNA polimerasi II richiede molti FATTORI DI TRASCRIZIONE diversi da quelli della I
e della III.
Il più importante è il TFIID, proteina di circa 100 Kda che lega il TATA box
Il TFIID e’ composto dal TBP (TATAbox binding protein)+ TAF (TBP associated proteins)
TFIIB e TFIIE aiutano il TFIID a legarsi al DNA, ma non possono legarsi da soli.
TFIIB si lega alla RNA polimerasi II anche da solo.
Esistono poi molti altri fattori di trascrizione, tra cui TFIIF, TFIIH………..
Regioni upstream
Regioni downstream
<---------- trascrizione ---------->
Sito CAP
introni
Promoter
esoni
Eucarioti
TATA box
-200
-160
-120
-80
-40
-1
Regioni upstream
Regioni downstream
<---------- trascrizione ---------->
Sito CAP
introni
Promoter
esoni
Eucarioti
GC box - CAAT box (altri)
-200
-160
-120
TATA box
-80
-40
-1
SEQUENZE PROSSIMALI DEL PROMOTORE
Oltre al TATA box sono state identificate altre sequenze conservate a livello del
promotore:
GGGCG:
lega una proteina chiamata SP1
(stimulatory protein 1) che attiva la trascrizione.
CCAAT: lega una grossa famiglia di proteine regolatrici
Regioni upstream
Regioni downstream
<---------- trascrizione ---------->
Elementi
responsivi
Enhancers
Sito CAP
introni
Promoter
esoni
Eucarioti
GC box - CAAT box (altri)
-200
-160
-120
TATA box
-80
-40
-1
INTENSIFICATORI
(Enhancers)
Sequenze di DNA che legano proteine specifiche;
se attivate possono aumentare la trascrizione genica basale
anche di 20-50 volte.
Sono in genere collocate a monte del TATA box, a distanze
variabili tra 100 e 2.000 bp.
A volte però, possono essere collocate anche a notevole
distanza dal TATA box (40.000 bp) o nel primo introne, o
nella regione 3' non tradotta.
esone 1
NH2
N - terminale
2
4
3
DNA
HINGE
5’
5
ORMONE
6
7
8
COOH
3’
Mechanism of activation of the androgen receptor
hsp
hsp
hsp
hsp
co-activators
F E
RNA
H TFIID pol II
B
ARE
T 5a-RII DHT
T
TATA
mRNA
new
proteins
mRNA
responsive
GENE
mRNA
5'-UTR
AUG1-UGA
Upstream
ORF
Exon 1
AUG2
Exon 2 Exon 3 Exon 4 Exons 5/6/7/8
polyA
(CAG)
n
protein
Transactivation domain/(AF-1/AF-5) \ ID
P
PP
polyGln
P = phosphorylation
A = acetylation
S = sumoylation
3'-UTR
P
P
A
S P S
Zn
Zn NLS AF-2
DNA binding
domain
P
Hormone
binding
domain
H12
Transactivation domain/(AF-1/AF-5) \ ID
P
PP
polyGln
P
P
A
S P S
Zn
Zn
DNA binding
domain
NLS AF-2
P
Hormone
binding
domain
H12
(D-box) x 2
Istone-acetil-trasferasi