TRASCRIZIONE E MATURAZIONE DELL'RNA - Bgbunict.it

TRASCRIZIONE E
MATURAZIONE
DELL’RNA

LA TRASCRIZIONE COME PRIMA TAPPA NEL
FLUSSO DAL GENOTIPO AL FENOTIPO

LA TRASCRIZIONE E’ IL PROCESSO
ATTRAVERSO CUI SI PASSA DAL
LINGUAGGIO DESOSSIRIBONUCLEOTIDICO
DEL DNA A QUELLO RIBONUCLEOTIDICO
DELL’RNA

ATTRAVERSO LA TRASCRIZIONE NON VENGONO
SINTETIZZATI SOLO GLI RNA CHE CODIFICANO
PROTEINE (mRNA), MA ANCHE SVARIATI
ALTRI TIPI DI RNA (tRNA
tRNA; rRNA; E PICCOLI
RNA NON CODIFICANTI QUALI: snRNA; snoRNA;
scRNA; miRNA) CHE SVOLGONO FUNZIONI
CHIAVE NELLA FISIOLOGIA DELLA CELLULA.

IN GENERALE IL PRODOTTO (RNA) DELLA
TRASCRIZIONE PRENDE NOME DI TRASCRITTO.
L’INSIEME DI MOLECOLE DI RNA
(CLASSICAMENTE mRNA) ALL’INTERNO DI UN
BEN PRECISO MOMENTO DELLA VITA DI UNA
SPECIFICA CELLULA, COSTITUISCONO IL SUO
TRASCRITTOMA.

L’APPARATO ENZIMATICO CHE OPERA VIENE
DEFINITO RNA POLIMERASI.
UNIONE DI RIBONUCLEOSIDI
MONOFOSFATO PER FORMARE UNA CATENA
POLIRIBONUCLEOTIDICA.
I PRECURSORI DELLA SINTESI SONO I
NUCLEOSIDI TRIFOSFATO.

L’ENERGIA CHE OCCORRE PER LA
FORMAZIONE DEL LEGAME
FOSFODIESTERICO È DATA
DALL’ELIMINAZIONE DEL
PIROFOSFATO PER IDROLISI DEL
LEGAME.
RNA n + rnPPP = RNA (n+1) + pp i

SI INDICA COME PROMOTORE
IL SITO DEL DNA OVE SI
LEGA L’RNA POLIMERASI
PRIMA DI INIZIARE LA
TRASCRIZIONE!

GENERALMENTE SOLO UNA DELLE DUE ELICHE DI DNA VIENE COPIATA
COME RNA. IL FILAMENTO CHE FUNGE DA STAMPO E’ DETTO FILAMENTO
SENSO, MENTRE L’ALTRO FILAMENTO (CHE AVRA’ SEQUENZA IDENTICA
ALL’RNA DI NEOSINTESI, A MENO DELLA T IN LUOGO DELL’U), E’ DETTO
ANTISENSO (O NON SENSO).
UNO STESSO FILAMENTO PUO’ ESSERE
SENSO IN ALCUNI TRATTI ED ANTISENSO IN ALTRI! LA DIREZIONE
DI SINTESI DELL’RNA AVVIENE SEMPRE SECONDO L’ANDAMENTO 5’-3’!

TRASCRIONE NEI BATTERI
NEI BATTERI LA RNA POLIMERASI
E’ COSTITUITA DA UN CORE DI 4 SUBUNITA’
(2 SUBUNITA’ α, , UNA β ED UNA β’) [APOENZIMA],
CUI, ALL’INIZIO DELLA TRASCRIZIONE, SI LEGA
UNA QUINTA SUBUNITA’ (σ), A FORMARE
L’OLOENZIMA. SETs SPECIFICI DI PROMOTORI
VENGONO RICONOSCIUTI DA SPECIFICHE
SUBUNITA’ σ!

STRUTTURA DEL PROMOTER PROCARIOTICO
PRIBNOW BOX

i) INIZIO: RNA-POL
(OLOENZIMA) SI LEGA
ALLA REGIONE PROMOTER
FACENDO SI CHE LA DOPPIA
ELICA SI SEPARI.
AVVIENE LA FORMAZIONE
DELLA PRIMA COPPIA DI
BASI TRA IL DESOSSIRIB.
+1 DEL FILAMENTO STAMPO
ED IL PRIMO RIBONUCL.
DELLA CATENA DI RNA
NASCENTE. QUESTA FASE
NON NECESSITA DI ATP (AL
CONTRARIO DEGLI
EUCARIOTI);
ii)
ALLUNGAMENTO: LA
SUBUNITA’ σ SI STACCA
DALL’OLOENZIMA E
L’OLOENZIMA CONTINUA LA
SUA ATTIVITA’ DI
SINTESI
IN DIREZIONE 5’-3’;
iii)
FINE: PUO’ ESSERE ρ-
DIPENDENTE O ρ-
INDIPENDENTE.

SPESSO GLI RNA (mRNA; tRNA ed rRNA) DEI PROCARIOTI
SONO POLICISTRONICI, CIOE’ ALL’INTERNO DI UN UNICO
TRASCRITTO SONO CONTENUTE INFORMAZIONI PER LA
CODIFICA DI PIU’ PROTEINE (mRNA), PIU’ rRNA O PIU’ tRNA!
L’INTERA STRUTTURA GENICA POLICISTRONICA E’ DETTA
OPERONE!

TRASCRIONE NEGLI EUCARIOTI
3 RNA-POLIMERASI, COSTITUITE DA UN CORE
ENZIMATICO E DA FATTORI GENERALI DI
TRASCRIZIONE O GTF. I GTFs DELLA POLII
SONO ALMENO 7: TFIIA; TFIIB; TFIID; TFIIE;
TFIIF; TFIIH; TFIIJ.
NOME
RNA POL I
RNA POL II
RNA POL III
LOCAL. CELL.
TIPO RNA
Nucleolo 45S (28S; 18S;
5.8S rRNA)
Nucleoplasma
Nucleoplasma
mRNA; snRNA;
snoRNA; miRNA
tRNA; 5S rRNA;
scRNA; alcuni snRNA
SENSIBILITA’
α-AMANITINA
-
+++
+

GENE EUCARIOTICO
Promotore
geni codificanti
proteine!

STRUTTURA DEL PROMOTER DEI GENI
EUCARIOTICI CODIFICANTI PROTEINE
NOTA: ESISTONO
ANCHE PROMOTERS
TATA LESS

TATA BOX BINDING PROTEIN
TBP
Saddle-like
domain
TATA BOX
DNA
BINDING

TAF5 stabilizes
TAFs interaction,
specially histone-
like ones (TAF6,
TAF9)
TAF1: Acetyl
transferase
activity
Interaction with
TFIIF
TAF3
TAF12
TAF8
TAF4
TAF4
TAF10
TBP
TAF7
TAF6TAF11TAF11
TAF5
TAF5
TAF9TAF13
TAF13
TAF12
TAF11
TAF8
TATA BOX
TAF13
TAF6
TAF9
TAF10
TAF3

DNA BENDING

TFIID

HETEROTRIMER
(A, B, C SUBUNITS)
BINDS PROMOTER
REGION WITH TFIID
TFIIA
DAB
TFIID
TFIIB
TWO DOMAIN:
N-TERMINAL
Zn-RIBBON
AND
TFIIF
CORE DOMAIN
HETEROTETRAMER
(RAP30) 2 (RAP74) 2
(RAP30) 2 BINDS RNA POL II
AND TFIIB. RAP74 INTERACTS
WITH DNA. TFIIF
STABILIZES THE
INTERACTION OF
RNA POLII WITH
PROMOTER AND STIMULATES
ELONGATION RATE
TFIIE
TFIIH
TFIIB INTERACTS WITH
SADDLE-LIKE LIKE DOMAIN OF
TBP AND WITH BENDED DNA
ON SIDES OF TATA BOX.
TBP/TFIIB COMPLEX
RECRUITS RNA POLII AND
OTHER GTF
P
TFIIE MODULATES
THE HELICASE AND
KINASE
ACTIVITIESOF TFIIH
BY STIMULATING CTD
DOMAIN RNA POLII
PHOSPHORYLATION
TFIIH
STIMULATES
PROMOTER
PHOSPHORYLATION OF
MELTING AND IT
RNA POLII CTD
HAS KINASE
STIMULATES PROMOTER
ACTIVITY
AGAINST RNA
MELTING AND
POL II
TRANSCRIPTION START

ENHANCER È IL TERMINE USATO PER DEFINIRE
SPECIFICHE SEQUENZE DI DNA IN GRADO DI
AUMENTARE L'EFFICACIA DEI PROMOTORI
NELL'ATTIVAZIONE DELLA TRASCRIZIONE. GLI
ENHANCER SVOLGONO IL LORO RUOLO ATTRAVERSO
L'ASSOCIAZIONE CON DIVERSE PROTEINE, TRA CUI
DIVERSI FATTORI COINVOLTI NELL'AVVIO DELLA
TRASCRIZIONE STESSA.
NEI GENI DEGLI EUCARIOTI GLI ENHANCERS
POSSONO DISTARE DALLA REGIONE CODIFICANTE
ANCHE PIÙ DI 50 KB.

IL SILENCER È UNA SEQUENZA DI DNA IN GRADO DI
LEGARE DEI FATTORI DI TRASCRIZIONE DETTI
REPRESSORI. QUANDO IL SILENCER È LEGATO DAL
REPRESSORE, L’RNA POLIMERASI NON È IN GRADO DI
INIZIARE LA TRASCRIZIONE.

TERMINAZIONE DELLA TRASCRIZIONE
NEI GENI EUCARIOTICI

MATURAZIONE DELL’mRNA
i) CAPPING
ii)
METILAZIONE
iii) POLIADENILAZIONE
iv) SPLICING
v) EDITING

i) 5’- CAPPING
5’ capping
7’methyl
guanylate
Legame 5’ – 5’
Metilazione del
2’
C

PRINCIPALI FUNZIONI DEL 5’- CAPPING
PROTEZIONE E STABILIZZAZIONE DEGLI
mRNA, TRASPORTO DAL NUCLEO AL
CITOSOL, INIZIO DELLA TRADUZIONE.

ii) POLIADENILAZIONE
QUESTA SEQUENZA SI TROVA A CA. -10/ 10/-35 RISPETTO AL SITO
DI POLIADENILAZIONE
NOTA: ALCUNI hnRNA (Es.:
QUELLI DEI GENI CODIFICANTI
GLI ISTONI) NON HANNO UNA
CODA DI POLI-A!
DAPPRIMA I CLEAVAGE FACTORS
TAGLIANO A 10/35 NT. A VALLE DELLA
SEQUENZA AAUAAA, QUINDI I CPF (CLEAVAGE AND POLYADENILATION FACTORS)
CONSENTONO ALLA POLI(A) POLIMERASI DI RICONOSCERE LA SEQ. AAUAAA E DI ADD. LE “A” !

PRINCIPALI FUNZIONI DELLA
POLIADENILAZIONE
LA CODA DI POLI A CONTRIBUISCE
IN MODO MOLTO IMPORTANTE ALLA
STABILITA’ DEGLI mRNA ED
ALL’INCREMENTO DELLA EFFICIENZA
TRADUZIONALE!

iii) SPLICING
PROCESSO ATTRAVERSO CUI VENGONO ELIMINATI GLI INTRONI.
IL COMPLESSO RIBONUCLEOPROTEICO (FATTO DA snRNA + PROTEINE,
A FORMARE LE snRNPs) ADIBITO AL CONTROLLO DELLO SPLICING
PRENDE NOME DI SPLICEOSOMA!

LA RIMOZIONE DI UN INTRONE AVVIENE
ATTRAVERSO DUE REAZIONI
SEQUENZIALI DI TRASFERIMENTO DI
FOSFATO, NOTE COME
TRANSESTERIFICAZIONI.
QUESTE UNISCONO DUE ESONI
RIMUOVENDO L’INTRONE COME UN
“CAPPIO”

L’ELIMINAZIONE DEGLI
INTRONI PREVEDE LA FORMAZIONE
DI UNA STRUTTURA A CAPPIO
DETTA “LARIAT”.

Lo splicing avviene ad opera dello spliceosoma,
costituito da snRNPs (small nuclear
ribonucleoprotein particles) formati da snRNA
e proteine.

SPLICING ALTERNATIVO
PERMETTE LA FORMAZIONE DI TRASCRITTI MATURI DIVERSI
A PARTIRE DA UNO STESSO hnRNA
(4 exons)
cell 1
cell 2
tissue specific

ALTRI MECCANISMI CHE PRODUCONO FORME
ALTERNATIVE DI TRASCRITTI, PARTENDO
DALL’INFORMAZIONE CONTENUTA IN UNO STESSO
GENE SONO:
i) RICONOSCIMENTO DI SITI DI INIZIO DELLA
TRASCRIZIONE ALTERNATIVA (Es.: GENE PER IL GnRH
- Gonadotropin Releasing Hormone- CHE PRESENTA DUE
TRASCRITTI DIVERSI, UNO A LIVELLO IPOTALAMICO
ED UNO A LIVELLO DI PLACENTA ED ALTRI TESSUTI. IL
SECONDO SITO DI INIZIO SI TROVA A -579 E DIPENDE
DA UN SECONDO PROMOTORE);
ii) SEGNALI DI TERMINAZIONE DELLA TRASCRIZIONE
ALTERNATIVI

STRUTTURA DELL’ hnRNA
5’
Cap
7mGppp
5’ untranslated region
initiation
AUG
translated region
UGA
3’ untranslated region termination
polyadenylation signal
AAUAAA
(A) ~200
poly(A) tail
• all mRNAs have a 5’ cap and all mRNAs (with the exception
of the histone mRNAs) contain a poly(A) tail
• the 5’ cap and 3’ poly(A) tail prevent mRNA degradation
• loss of the cap and poly(A) tail results in mRNA degradation
3’

MATURAZIONE DEGLI rRNA
E tRNA
I GENI PER GLI rRNA 18S, 5.8S E 28S IN H. sapiens SONO
RAGGRUPPATI IN CLUSTER. TALI UNITA’ SONO RIPETUTE
IN TANDEM CIRCA 250 VOLTE E DISTRIBUITE SU 10 ANSE
CROMOSOMICHE LOCALIZZATE SUI BRACCI CORTI DEI CHR.
ACROCENTRICI 13, 14, 15, 21 E 22.

I GENI PER I tRNA SONO ORGANIZZATI IN GRUPPI
E, IN CIASCUN CLUSTER, CIASCUN GENE E’ SEPARATO
DAI GENI VICINI DA SPAZIATORI INTERGENICI.
IL PRE-tRNA
DEVE PERDERE ALCUNE SEQ. AL 5’ E 3’ E,
IN ALCUNE SPECIE DEVE AVVENIRE ANCHE UN SELF-
SPLICING DI UN INTRONE.
ALTRI EVENTI MATURATIVI RIGUARDANO ESSENZIALMENTE
LA MODIFICA DI ALCUNE BASI E L’AGGIUNTA AL 3’ DELLA
SEQUENZA 5’-CCA-3’
AD OPERA DELLA tRNA NUCLEOTIDIL
TRANSFERASI.