TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI - ELEMENTI REGOLATORI DELLA TRASCRIZIONE, FATTORI GENERALI DI TRASCRIZIONE, MEDIATORE, COATTIVATORI E COREPRESSORI

TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI

La trascrizione e il processo mediante il quale le informazioni contenute nel DNA vengono trascritte enzimaticamente in una molecola complementare di RNA. C'e quindi il trasferimento dell'informazione genetica dal DNA all'RNA. Nel caso in cui il DNA codifichi per una proteina, la trascrizione e l'inizio del processo che porta, attraverso la produzione intermedia di un mRNA, alla sintesi di peptidi o proteine funzionali.

L'enzima percorre il filamento stampo del DNA in direzione 3' 5'. Quindi la trascrizione avviene in direzione 5' 3', ovvero il nuovo filamento di RNA viene sintetizzato a partire dal suo 5'

Negli eucarioti la trascrizione e traduzione avvengono in stimenti e tempi diversi. In questo caso, la trascrizione, avviene nel nucleo.

A differenza dei procarioti, abbiamo piu tipi di oloenzima che presentano molte piu subunita di quello dei batteri.

RNA pol I = sintetizza il precursore dell'RNA ribosomiale grande

RNA pol II = trascrive la maggior parte dei geni, mRNA, snoRNA, snRNA, microRNA

RNA pol III = sintetizza il tRNA, rRNA, snRNA

(RNA pol I e III trascrivono per RNA con funzione strutturale, RNA

pol II trascrive mRNA che formeranno le proteine)

ELEMENTI REGOLATORI DELLA TRASCRIZIONE

Sono sequenze di basi azotate del DNA che regolano l'espressione genica. Queste sequenze vengono riconosciute dai fattori di trascrizione.

Gli elementi regolatori si dividono principalmente in 2 categorie in base al luogo dove si trovano:

Promotore - insieme di geni regolatori necessari per l'inizio della trascrizione. E costituito da

Nucleo: serve da riconoscimento per la RNA pol II. Comprende il TATA box [-31 -26], l'iniziatore (Inr) [-2 +4], BRE [-37 -32], DPE [+28 +32], MTE [+18 +27]. Tutti questi siti vengono riconosciuti dal fattore di trascrizione TFIID, tranne il BRE che viene riconosciuto dal TFIIB.

Elementi prossimali del promotore: CAAT box [-200 -70] e GC box [-200 -70].

Enhancer e silenziatori - si possono trovare sia a monte che a valle del gene o anche dentro un introne.

Enhancer aumenta l'attivita del promotore del gene

Silenziatore reprime l'attivita del promotore di un gene

FATTORI GENERALI DI TRASCRIZIONE

Nessuna delle tre polimerasi eucariotiche si lega direttamente al DNA durante la fase iniziale della sintesi dell'mRNA. L'inizio della trascrizione e mediata da fattori trascrizionali che sono specifici per ciascuna polimerasi e che riconoscono delle sequenze promotrici. Questi vengono chiamati TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF e TFIIH.

MEDIATORE

Specificamente negli eucarioti, la trascrizione avviene in maniera basale se non stimolata da un complesso di proteine chiamato mediatore che fa da ponte molecolare legando delle proteine attivatrici, legate a delle sequenze enhancer o ad altri elementi regolatori a lungo raggio, all'RNA pol II. Questo complesso aumenta quindi l'attivita del gene, ovvero la trascrizione avviene piu velocemente. Il mediatore e un componente del complesso di preinizio che ne promuove l'assemblaggio. Stimola anche l'attivita chinasica di TFIIH.

COATTIVATORI E COREPRESSORI

La trascrizione puo venire regolata dallo stesso macchinario basale di trascrizione oppure tramite delle interazioni con coattivatore e corepressori trascrizionali. I coattivatore e i corepressori modificano la struttura della cromatina non legandosi direttamente al DNA ma si legfano direttamente ai fattori trascrizionali.

MOTIVI DEI DOMINI CHE SI LEGANO AL DNA

I fattori di trascrizione sono proteine formate da piu domini, uno dei quali quello usato per il legame al DNA mediante dei motivi particolari.

Il motivo e un gruppo di residui di amminoacidi che ha uno schema caratteristico di ripiegamento tridimensionale e svolge una funzione specifica.

Motivo elica-giro-elica (HTH): e composto da 3 α-eliche che formano un fascio elicoidale. Le varianti sono l'omeodominio ed HTH winged.

Ne sono un esempio la proteina CAP ed il repressore Lac.

Dominio a dita di zinco (Zif): e uno dei motivi piu diffusi che legano il DNA. Chiamato dito di zinco in quanto la sua struttura vista bidimensionalmente ricorda un dito (formato da cisteine ed istidine) che legano centralmente uno ione di zinco.

Motivo cerniera lampo di leucina basica (bZIP): formato da due alfa eliche unite da leucine, come una cerniera lampo. Non ha contatto diretto con il DNA, ma con i fattori di trascrizione che si legheranno al DNA.

Motivo elica-ansa-elica basica (BHLH): e formato da due α-eliche che pero non entrano in diretto contatto con il DNA.

TRASCRIZIONE

Assemblaggio di preinizio (PIC)

-TATA:

Il primo fattore di trascrizione a legarsi al DNA e il fattore di posizionamento specifico per ogni RNA pol, TFIID, un complesso di proteine tra le quali anche TBP e le proteine associate ad esso, TAF. TFIID attraverso TBP, riconosce e si lega alla sequenza TATA, nel TATAless, attraverso TAF riconosce le sequenze Inr o DPE. Se presenti sia il TATA che l'Inr, e vengono riconosciuti entrambi, questo amplifica il riconoscimento della RNA pol. Questo complesso si lega quindi al solco minore del DNA e inducono un piegamento della doppia elica e questa consente l'ingresso di TFIIA, che contribuisce alla stabilita del complesso, e TFIIB. TFIIB si lega con una estremita al TBP e contemporaneamente ad una sequenza di DNA ricca di CG che segue il TATA box. Il complesso TFIIB-TBP-DNA indica la direzione di inizio della trascrizione e anche quale filamento deve agire da stampo. Nel caso in cui non siano presenti gli elementi di riconoscimento del TBP e di TAF, TFIIB riconosce la sequenza BRE.

Questo complesso viene chiamato coplesso di preinizio (PIC) al quale si associeranno l'RNA pol II, i fattori TFIIF (grazie al quale l'RNA pol si lega al promotore), TFIIE e TFIIH (che fosforila il dominio CTD dell'RNA pol II, svolge attivita elicasica) contemporaneamente. Questi aiutano il corretto funzionamento dell'RNA pol.

-TATA less:

Sono necessari gli stessi fattori basali, ma invece del TATA box, viene riconosciuto Inr e DPE (funziona nel geni privi di TATA e si trova a valle del punto di inizio). L'elemento MTE promuove il legame di TFIID con Inr.

Inizio

Prima della fase di allungamento e quindi prima che l'RNA pol esca dalla regione del promotore, si ha un inizio abortivo. L'RNA pol II sintetizza dei brevi trascritti che verranno poi degradati.

Clearance del promotore

La sua CTD viene iperfosforilata dal fattore TFIIH  in maniera tale da perdere tutti i fattori di trascrizione basale che stabilizzavano il complesso di inizio.

Allungamento

Durante l'allungamento, l'RNA pol II si sposta lungo il filamento duplex di DNA svolgendolo a valle e riavvolgendolo a monte formando una bolla di trascrizione. Nella bolla di trascrizione si forma l'ibrido duplex DNA-mRNA in crescita. La trascrizione avviene in direzione 5' 3' ed a livello dell'mRNA di circa 30bp, l'estremita 5' subisce il processo di capping.

Terminazione

Nella terminazione degli eucarioti non sono presenti delle sequenze stop come nei procarioti. L'mRNA viene quindi tagliato a livello di sequenze palindromiche AAUAAA e ricche di G/U separate da 20nt. I fattori di taglio vengono chiamati ENDONUCLEASI. L'RNA pol comunque non si ferma, ma continua a trascrivere dei nuleotidi che verranno poi degradati dalle ESONUCLEASI. La bolla di trascrizione collassa e l'mRNA viene rilasciato e poliadenilato.

TRADUZIONE

Avviene nel citoplasma

Il ribosoma

E un enzima, polimerasi polipeptidica, costituita da due subunita, una piu piccola ed una piu grande composte da rRNA e da proteine ribosomiali. Nei mammiferi, il ribosoma viene definito 80S. La subunita piu piccola (serve da guida di assemblaggio per tutti i fattori necessari per la sintesi proteica e per la decodificazione dell'mRNA) viene chiamata 40S mentre quella grande (nella quale e presente il sito catalitico, centro della peptidil trasferasi), 60S.

Funzioni principali del ribosoma:

1. decodificazione del codice genetico dell'mRNA

2. catalisi e formazione di legami peptidici tra gli amminoacidi che porta alla formazione di un polipeptide.

Il ribosoma presenta 3 siti di legame per il tRNA:

sito A o accettore

sito P o peptidilico

sito E o uscita

Amminoacil-tRNA sintetasi

E un particolare enzima che ha la funzione di caricare un determinato tRNA con i suo corrispondente amminoacido.

1. Nel sito attivo della molecola si vanno a posizionare ATP e l'amminoacido che verra legato al tRNA. L'ATP perde 2 pirofosfati e sottoforma di AMP si lega all'estremita carbossi-terminale dell'amminoacido.

2. il tRNA formera un legame con l'amminoacido spostando l'AMP.

Il complesso amminoacil-tRNA e quindi rilasciato dall'enzima.

Inizio

Il primo passaggio e costituito dall'assemblaggio di un complesso ternario costituito dal fattore di inizio eucariotico eIF2, da GTP e dal tRNA iniziatore ovvero Met-tRNA. Questo complesso viene caricato sulla subunita piu piccola del ribosoma formando il complesso 43S.

Fattori di inizio deputati al riconoscimento, eIF4G ed eIF4E, si associano al cappuccio 5' dell'mRNA ed hanno attivita elicasica in modo tale da svolgere eventuali strutture secondarie dell'mRNA e rimuovono le proteine ad esso associate. Altri fattori di inizio si associano alla PABP legata alla coda di poli(A) 3' e aiutano a caricare l'mRNA sulla subunita 43S del ribosoma.

Il complesso 43S sara quindi costituito dalla subunita minore del ribosoma, dal complesso ternario ed mRNA.

L'anticodone del ribosoma deve quindi scorrere sull'mRNA finche non trova il codone di inizio (AUG) sul filamento mRNA e si appaiano in sito A formando un complesso stabile 48S. L'idrolisi del GTP fa dissociare il fattore eIF2 dal complesso.

Il GDP viene scambiato con un GTP, e quindi riattivazione del fattore eIF2, grazie al fattore eIF2B.

Il fattore eIF5 in associazione con GTP, posti sulla subunita 60S del ribosoma, aiutano ad unire la subunita ribosomiale piu grande al complesso 40S/Met-tRNA/mRNA. Questo evento scatena comunque l'idrolisi del GTP ed il rilascio del fattore eIF5. Il complesso eIF5-GDP rilasciato, viene ripristinato e quindi riattivato ad eIF5-GTP grazie al fattore eIF5B.

Allungamento

Un amminoacil-tRNA prende il contatto con il fattore di allungamento eEF1A legato al GTP. Questo complesso ternario entra nel sito A del ribosoma ed un appaiamento corretto codone-anticodone provoca l'idrolisi del GTP e quindi l'inattivazione dell' eEF1A (riattivato da eEF1B).

La peptidil trasferasi ribosomale catalizza la formazione del legame peptidico tra l'amminoacido in entrata ed il peptidil-tRNA.

La traslocazione dell'amminoacil-tRNA nel sito P del ribosoma e mediata dal fattore eEF2 e anch'essa richiede l'idrolisi del GTP.

Il tRNA deacetilato verra spostato nel sito E del ribosoma dal quale verra poi eliminato dal complesso.

Terminazione

L'allungamento procede fino a che non si presenta un codone di stop (triplette UAG, UAA o UGA) nel sito ribosomale A. Nessun tRNA presenta quindi un'amminoacido codificato dalle sequenze di stop e quindi la tripletta viene riconosciuta dal fattore di rilascio eucariotico eRF1. Il polipeptide quindi completato viene rilasciato dopo l'idrolisi del peptidil-tRNA. La terminazione e quindi determinata dal rilascio della proteina, l'espulsione del tRNA dal sito E, il rilascio dell'mRNA e la dissociazione delle subunita del ribosoma.