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Pierce, GENETICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
Genetica
Prima edizione Capitolo 13: La trascrizione
Benjamin A. PIERCE
La trascrizione e i tipi di molecole di RNA
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• A gene is not directly translated into protein
• It is first expressed into mRNA
• Then translated into protein from the RNA intermediate – Transcription into mRNA – Translation of mRNA into protein
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Upstream Regions
Proximal Promoter element
TATA box
Exon
Enhancer or UAS
Intron
a) Mammalian gene
b) S. cerevisiae gene
-200 -30 -10 to –50 kb
-100
+10 to +50 kb
-500
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Initiation of Transcription
TATA GENE
1. Inactive
H
E F
RNA pol
3. Recruitment Phase B
TATA
TF11D B
E H RNA pol
F
GENE
2. Recruitment Phase A
TATA
TF11D B
B TF11D
GENE
TF11D = (TAFs + TBP)
4. Transcription Starts!!!
TATA
TF11D RNA pol
GENE
A
H E
B F
? ? ?
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Transcription Factors, TF • Required but not a part of RNA pol complex • Role in Gene Regulation
– Binding – Interaction – Initiation – Enhancing – Silencing
• Several different structural classes • DNA-binding domain + Interactive domain • Position and Combination – Important!
TATA
TF11D B
E H RNA pol
F
? ? ? GENE
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mRNA – Synthesized by a DNA template by the
same concept of complementarity – Single stranded nucleic acid – Identical to DNA apart the replacement
of T with U – Includes additional sequences on either
end: • 5’ nontranslated region the leader • 3’ nontranslationl region the trailer
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RNA polimerasi batterica
RNA polimerasi eucariotiche - RNApol II pre-mRNA, snoRNA, alcuni snRNA - RNApol I rRNA - RNApolIII tRNA, rRNA piccoli, alcuni rsnNA
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1. INIZIO della TRASCRIZIONE 1. Riconoscimento del promotore PROMOTORE BATTERICO
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1. Riconoscimento del promotore Seq.-35 e –10 (seq. AT –40/-60 con cui
sub.alpha prende contatto) 2. Formazione della bolla di trascrizione 3. Creazione dei primi legami tra rNTP 4. Avanzamento della RNAPol a partire dal
promotore
1. INIZIO della TRASCRIZIONE
2. ALLUNGAMENTO
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Terminatore Rho-dipendente - seq.DNA che producono una pausa nella trascrizione
- Seq.DNA che codifica per RNA a monte del terminatore privo di struttura secondaria.
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L’ RNA Polimerasi II • Catalizza la trascrizione di tutti i geni codificanti
proteine (mRNAs), piu’ 4 snRNAs che partecipano allo splicing
• E’ formata da 2 subunita’ grandi (Large) L (128-150 kDa) e L’ (160-220 kDa), e da 12-15 subunita’ piu’ piccole, alcune specifiche ed altre in comune con l’ RNA Pol I e/o III
• L’estremita’ carbossi-terminale della subunita’ piu’ grande, L’, contiene una sequenza di 7 aa (il dominio carbossi-terminale o CTD) che e’ ripetuto molte volte (26x in lievito, 52x in mammiferi)
• Il CTD (Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser) e’ essenziale per la vitalita’ di un’organismo, e viene fosforilato durante la trascrizione
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L’inizio della trascrizione da parte dell’RNA Pol II richiede multipli fattori
• Fattori di trascrizione generali (GTF) insieme con l’RNA Pol II formano l’apparato trascrizionale basale, sufficiente alla trascrizione in vitro – TBP (che con i fattori associati a TBP (TAF) forma -> TFIID) – TFIIA, TFIIB, TFIIF, TFIIE, TFIIH
• Co-attivatori, che sono richiesti per la trascrizione in presenza di
cromatina (trascrizione attivata) – TAFs – Acetilasi di istoni (HATs) – Proteine che rimodellano la cromatina (SWI/SNF)
• Fattori associati all’RNA polimerasi (il Mediatore)
• Fattori di trascrizione specifici, richiesti per la trascrizione attivata: servono per reclutare e assemblare l’apparato trascrizionale – Si legano a elementi di riconoscimento sul promotore e
sull’enhancer – Multipli fattori di trascrizione sono normalmente coinvolti
nell’attivazione di un gene
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Diversamente dai procarioti, la trascrizione dei geni eucarioti e’
controllata da numerosi elementi
TATA Basal tr. machinery
TBP TFIIs Pol.II
PROMOTORE
PROSSIMALE CORE ~ -200 ~ -50
ENHANCER (~ 100 bp)
LA CROMATINA
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LA TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI - Rimodellamento cromatina - Inizio della trascrizione (promotori ed enhancer) - Reclutamento TF e/o attivatori trascrizionali e in seguito RNA Pol
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TFIID • TFIID e’ il GTF piu’grande, con una massa di circa 750 kDa
• Include una singola proteina di 38 kDa che lega la TATA box (TBP) e 11 fattori associati a TBP (TAFs)
• I TAF sono considerati co-attivatori (cioe’ non sono necessari per la trascrizione basale in vitro)
• TBP e’ la prima proteina che contatta il core promoter
• La regione C-terminale e’ altamente conservata (80% di identita’ tra lievito e uomo)
• TBP e’ un monomero che si ripiega a “sella di cavallo”, le cui 2 meta’ contattano il DNA lungo il solco minore causando una considerevole distorsione (bending)
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The conserved C-terminal domain of TBP binds to TATA-box DNA
Lodish Figure 10-51
TBP is a subunit of TFIID
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TERMINAZIONE 1. RNA Pol I: fattore di terminazione si lega a DNA posta a valle del sito di terminazione 2. RNA Pol III: sequenza di terminazione poli-U in RNA 3. RNA Pol II: terminazione in corrispondenza di siti localizzati in regione molto estesa o terminazione oltre regione che codifica mRNA
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Pierce, GENETICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005 RNA polcistronici RNA monocistronici
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CPSF= fattore per la specificità del taglio e della poliadenilazione CstF= fattore di stimolazione del taglio PAP= poli-A-polimerasi
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18-38nt
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NUCLEO controllo trascrizionale: legame di fattori trascrizionali tessuto specifici, legame diretto di ormoni, fattori di crescita o elementi intermedi a elementi responsivi di geni inducibili
controllo post-trascrizionale: splicing alternativo, polyA alternativo, RNA editing tessuto-specifico
controllo del trasporto
mRNA controllo della stabilità
degradazione traduzione
PROTEINA controllo post-traduzionale
PROTEINA attiva o inattiva
Genoma Meccanismi epigenetici: controllo a lungo e corto raggio mediante rimodellamento della struttura della cromatina
Trascritto primario (precursore)
mRNA
controllo traduzionale
CITOPLASMA
Esistono molteplici livelli di regolazione dell’espressione genica negli eucarioti
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t-RNA
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Nei mammiferi Unico gene per rRNA 28S, 18S e 5,8S + gene per 5S Nei batteri Unico gene per rRNA 23S, 16S, 5S