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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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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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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