ESPRESSIONE DEL GENOMA UMANO NELLE CELLULE

ESPRESSIONE DEL GENOMA UMANO NELLE CELLULE DIFFERENZIATE
Tutte le cellule di un organismo hanno lo stesso corredo genomico (~40000 geni), mentre il fenotipo
morfo-funzionale dei tipi cellulari e tissutali è determinato dall'espressione genica tessuto specifica.
In ogni cellula differenziata ed in ogni particolare momento dello sviluppo è attivo solo un
sottoinsieme di geni.
1. Geni housekeeping (attivi in tutte le cellule)
2. Geni con espressione ristretta nello spazio:
o
o
o
o
Geni espressi in più organi/tessuti diversi. Possono avere lo stesso ruolo in più tessuti
oppure un gene può codificare per diverse isoforme, grazie all'uso di promotori
alternativi e/o splicing alternativo tessuto specifico.
Espressione specifica per tessuto, linea o tipo cellulare
Espressione solo in singole cellule
Distribuzione intracellulare o extracellulare
3. Geni con espressione ristretta nel tempo:
o
o
o
o
Stadio di sviluppo
Stadio di differenziamento
Momento del ciclo cellulare
Espressione inducibile da parte di fattori ambientali o extracellulari
La regolazione dell'espressione genica può agire su ciascuno dei livelli che caratterizzano il passare
dell’informazione genica dal DNA alle proteine:
Tuttavia, si può affermare che negli eucarioti superiori si svolge pricipalmente come controllo della
trascrizione.
Come avviene l'inizio della trascrizione? La RNA polimerasi riconosce l’inizio del gene. Viene
diretta sul TSS (Transcription Start Site) sulla base della sua affinita’ per la specifica sequenza
upstream al gene, ovvero il promotore. La doppia elica viene aperta dove inizia la sintesi del
messaggero. Dapprima i fattori di trascrizione (TF) legano la sequenza promotrice (e gli enhancers)
formando un complesso multiproteico. Solo in seguito il complesso recluta la pol II complessata ad
alcuni GTF (general TF) e questa si lega al promotore core.
I principali elementi che si possono identificare nei promotori della polimerasi II sono il TSS, che di
solito si trova vicino alla regione Iniziatore (Initiator) e almeno un sito di legame per un GTF, spesso
TBP (TATA binding protein).
CORE PROMOTER ELEMENTS: TATAbox, Initiator, Downstream promoter element
TRANSCRIPTION FACTORS (TF) BINDING SITES: CAAT box, GC box, Sp-1 sites,
GAGA boxes
ENHANCER(S) SITES
La figura che segue illustra l'assemblaggio del complesso attivatore della trascrizione sul promotore
prosimale e sulla regione core:
Il pannello (a) è una rappresentazione schematica del promotore prossimale con tre siti di legame per
diversi fattori di trascrizione, il TATA box e la regione Iniziatore. La freccia indica il sito d'inizio
della trascrizione. Quando i fattori di trascrizione e il complesso TFIID (che include la proteina
legante il TATA box, TBP) si legano al promotore, viene indotta una curvatura di circa 90° nella
molecola di DNA (pannello (b)). In seguito, si lega anche il complesso della Polimerasi II e dei fattori
di trascrizione generali (GTFs) ed avviene l'inizio della trascrizione (pannello (c)):
La struttura schematica di un promotore per la Pol II è schematizzata nella figura che segue:
Il "core promoter" è la regione sufficiente a determinare il corretto sito di inizio della trascrizione
(TSS = transcription start site); il promotore prossimale (200-300 bp a monte del TSS) è responsabile,
almeno in parte, della modulazione dell'espressione, mentre quello distale, che lega altri TF, è nella
regione da -100 bp a -2Mb a monte del TSS.
In promotori funzionali non sempre sono presenti tutti gli elementi. Ad esempio, esistono promotori
funzionali con o senza TATA box (definiti "TATA-less"):
© Stefania Bortoluzzi e Francesco Filippini, 2002-2012