Biologia Lezione 14 PDF

BIOLOGIA biologia lezione 14 in questa lezione discuteremo la regolazione dell'espressione genica soffermandoci in particolare sui meccanismi mediante cui si attua e sugli effetti che produce cominciamo con una overview sulla regolazione genica innanzitutto va detto che la regolazione può essere d...

BIOLOGIA biologia lezione 14 in questa lezione discuteremo la regolazione dell'espressione genica soffermandoci in particolare sui meccanismi mediante cui si attua e sugli effetti che produce cominciamo con una overview sulla regolazione genica innanzitutto va detto che la regolazione può essere di tre tipi qualitativa e quantitativa e temporale regolazione qualitativa vuol dire che solo alcuni geni vengono selezionati per essere regolati regolazione quantitativa significa che i geni selezionati per essere regolati possono essere non solo accesi o spenti ma regolati a un certo livello di attività possiamo avere un'attività dello zero per cento e del 100 per cento ma sono possibili anche regolazioni intermedie la regolazione temporale infine è un fenomeno per cui alcuni geni possono essere accesi spenti o regolati in base all'età dell'individuo o in base ad alcuni fenomeni legati al tempo i tre principali effetti della regolazione genica o perlomeno quelli più facilmente comprensibili sono la differenziazione cellulare la variabilità tissutale e l'adattamento all'ambiente tre fenomeni che senza la regolazione genica non sarebbero assolutamente possibile il fenomeno conosciuto come differenziazione consiste nella trasformazione di cellule staminali totipotenti in cellule ben differenziate facenti parte di un dato organo una staminale è una cellula che in sé tutto il programma genetico del nostro organismo e pertanto può diventare qualsiasi tipo di cellula la regolazione genica che le permette questo switch tale switch è reso quindi possibile da una semplice constatazione in una cellula staminale tutti e 25 mila i geni di una cellule eucariote sono attivi invece nelle cellule ben differenziate solo 5 mila geni sono attivi gli altri 20mila sono spenti questo fenomeno ossia lo spegnimento selettivo di alcuni geni e reso possibile proprio dal fenomeno di regolazione genica e grazie a questo spegnimento selettivo la cellula staminale si differenzia e prende dei pathway diversi che la portano ad essere ad esempio un e pato cita un osteoclasti una cellula muscolare una cellula nervosa abbiamo quindi in ogni cellula 25 mila geni 20 mila di questi nelle cellule differenziate vengono spenti invece 5.000 restano attivi di questi 5 mila alcuni sono chiamati i geni costitutivi house keeping questi geni sono espressi in tutte le cellule differenziate si tratta di geni fatti per la sopravvivenza come ad esempio quelli delle proteine ribosoma lì tutte le cellule devono produrre proteine un'altra parte di geni invece è quella dei geni attivi regolati che sono specifici per ogni tessuto avremo quindi geni attivi regolati diversi a seconda del tipo di tessuto che prendiamo in esame ed è proprio grazie alla accensione selettiva dei geni regolati che è possibile la differenziazione delle cellule staminali altro fenomeno molto correlato con il differenziamento ma distinto comunque è quello della variabilità tissutale la variabilità tissutale quel fenomeno per cui una stessa cellula differenziata apprende funzioni diverse a seconda del tessuto in cui andrà a dislocarsi un esempio è quello dato della linea macrofagi ca il precursore si chiama mono blast presiede presente nel midollo osseo quando si sposta nel sangue di vento monociti il monocittà poi prenderà strade diverse a seconda dei tessuti infatti se colonizza il fegato avremo una cellula di caffè se colonizza gli organi nervosi avremo un macro fa goubrial e se colonizza le sue rose avremo le cosiddette cellule delle si rose se colonizza gli alveoli polmonari avremo i macrofagi alveolari infine se colonizza i piccoli vasi sanguigni avremo degli elementi simili contrattili chiamati per i ct si tratta sempre e comunque di una cellula differenziata che però prende funzioni diverse a seconda del tessuto in cui si trova ultimo ma forse più importante risvolto della regolazione genica e l'adattamento ambientale l'adattamento ambientale ciò che ha permesso l'evoluzione e quindi la continuazione della vita sulla terra se non la sua stessa nascita l'adattamento ambientale è reso possibile da fenomeni di switch tra geni attivi e geni spenti un esempio è quello del batterio molti bacilli sono capaci di emettere spore cioè forme di adattamento all'ambiente per ambienti molto molto duri e ostici poniamo ad esempio che questo bacillo si trovi all'interno di un deserto un ambiente secco e caldo il bacillo non posso prevedere nella sua forma normale per questa ragione mediante accensione e spegnimento di alcuni geni divide il suo dna una delle due copie viene impacchettata per risultare più piccola e viene isolata in seguito tutto il resto della cellula viene distrutto successivamente si crea un rivestimento attorno a questa capsula di dna che viene poi ricoperta di glicosaminoglicani per renderla più resistente in seguito il clima avverso distruggerà la cellula ma resterà in vita l'asp ora la scuola infatti una forma di resistenza che può riconvertirsi in batterio nel momento in cui le condizioni climatiche o ambientali siano corrette grazie a questo meccanismo i batteri sopravvivono per tempi lunghissimi anche centinaia di anni la sporulazione dei batteri è solo un esempio di adattamento ambientale e può essere osservato al microscopio si nota infatti benissimo la differenza tra batteri con e batteri senza spore tuttavia l'adattamento ambientale comprende una enormità di fenomeni che approfondiremo meglio nella lezione sulla teoria dell'evoluzione se finora abbiamo visto in generale cos'è l'espressione genica e la sua regolazione adesso parliamo proprio di meccanismi i vari meccanismi di controllo dell'espressione genica agiscono ai vari livelli attraverso cui l'informazione si trasmette e cioè il genoma la trascrizione la maturazione il trasporto degli rna la traduzione e l'editing post traduzionale cominciamo quindi col vedere la regolazione a livello genomico abbiamo diversi tipi di regolazione genomica per primo vediamo i metodi di modificazione del dna le modificazioni del dna sono dei metodi di regolazione attraverso cui una modificazione permanente del dna influisce sull'espressione genica molti dei sistemi che vedremo non sono controllati dalla cellula stessa ma sono il risultato di eventi traumatici esterni nella d'elezione genica cioè l'esclusione da da un cromosoma un piccolo tratto genico abbiamo poi fenomeni di amplificazione genica in cui un tratto viene ripetuto più di una volta allo stesso modo esistono fenomeni di inserzione dei genomi virali per cui il genoma di un virus come ad esempio può essere la tv si inserisce all'interno del cromosoma cellulare esistono infine fenomeni di ricombinazione genica per cui due cromosomi non omologhi si scambiano un tratto tutti questi fenomeni influiscono pesantemente sull'espressione dei geni della cellula tuttavia sono fenomeni non controllati dalla cellula stessa il controllo pre trascrizionale un altro tipo di regolazione genomica e avviene mediante o metilazione del dna o modifiche degli stone i cominciamo col parlare delle metilazioni del dna la metilazione e l'aggiunta di un gruppo circa 3 che amato mitile al alla base azotata citosina in realtà questa modificazione può venire solo in determinate condizioni cioè quando la citosina si trova in un'isola cpg cioè è seguita da un fosfato e quindi da una guanina tali isole cpg si trovano all'interno del genoma subito prima degli elementi regolatori di un gene la loro funzione non è bloccare il dna direttamente ma indirettamente richiamando due enzimi chiamati easton mt lasi e istone deacetilasi questi enzimi hanno la funzione di me ti la renault nel dna ma gli stone i laddove il dna sia metilato la metilazione degli stone i ha quindi la funzione di bloccare la trascrizione semplicemente rendendo il dna più spirali dato e quindi inaccessibile agli enzimi listone deacetilasi invece funziona togliendo gruppi acetil e agli stone i ma il risultato è comunque lo stesso la metilazione del dna genera alcuni caratteri particolari come l'imprinting genetico l'inattivazione del cromosoma hicks e il mosaicismo di espressione vediamo cosa sono questi fenomeni si chiama imprinting genetico quel fenomeno per cui dati due cromosomi 1 ereditato dalla madre una dal padre avremo due geni omologhi però uno ereditato dal padre uno dalla madre di cui uno dei due sarà improntato cioè presenterà la metilazione quindi sarà spento per questa ragione il gene materno sarà in grado di esprimersi senza problemi senza che il gene paterno ne modifichi l'espressione esistono malattie genetiche chiamate malattie da imprinting che si basano proprio su questo principio se ereditiamo un gene sano dal padre è un gene malato dalla madre ma il gene paterno viene metilato questo si spegne e non oppone il gene malato quindi il gene malato è libero di esprimersi altro fenomeno e l'inattivazione del cromosoma hicks nelle femmine esistono due cromosomi x1 dei due però deve essere in parte spento altrimenti la dose igienica sarebbe troppa e un eccesso di 26 genica causa importanti mutazioni il fenomeno di inattivazione dell'ics è detto e la ionizzazione dello scopritore e avviene grazie a un particolare tratto genetico chiamato xp lo spegnimento del cromosoma hicks non è però totale ma viene spento circa all 85 per cento del cromosoma rimane una piccola parte della tosse genica che deve mimare il cromosoma y che come sappiamo essendo più piccolo è capace di dare una dose genica inferiore pari circa al 15 per cento del cromosoma hicks infatti la parte che rimane attiva di ogni cromosoma hicks la ionizzato è proprio il 15 per cento altro fenomeno strettamente connesso ai due fenomeni che abbiamo appena visto è il vuoto e cismo di espressione il mosaicismo di espressione si basa sull'esistenza nello zygote cioè nella cellula iniziale da cui ogni organismo prende origine di un pattern e di metilazione cioè nello zygote alcuni geni sono motivati e altri nome col passare del tempo però la metilazione può cambiare quindi può capitare che dopo alcune generazioni quando l'organismo si accresce alcune cellule inattivi in un gene e altre ne inattivi in un altro in diverse parti del corpo per questa ragione potremmo avere individui qui ad esempio un topo che sulla loro cute inattivano selettivamente i geni diversi il topo per esempio in alcune cellule in attiverà il gene nero in altre in attiverà il gene bianco se ora quindi un topo mosaico che esprimerà un fenotipo a macchie un fenomeno strettamente connesso alla metilazione del dna sono le modifiche degli storie come abbiamo detto in precedenza la metilazione del dna non è capace direttamente di dare spegnimento dei geni ma deve passare attraverso le modifiche degli istoni infatti la metilazione del dna richiama gli enzimi che modificano gli istoni il fenomeno di metilazione degli stone i è un fenomeno particolare poiché comporta la giunta del gruppo metile alle code degli story la metilazione porta i vari segmenti genici ad avvicinarsi tra loro e diventare più compatti e illeggibili per la rna polimerasi questo causerà l'inattivazione di geni contenuti si aggiungono invece ctv avviene il fenomeno chiamato aceti l'azione la repulsione tra i gruppi ecc e tv porta questi ad allontanarsi a rendere il tratto di dna più leggibile anche altre modificazioni come la fosforilazione o addirittura l'aggiunta delle ubiqui dire chiamata ubiquitina zione quindi l'unica modifica listoni capace di spegnere i geni e la metilazione aceti l'azione fosforilazione ambiguity nazione invece accendono i geni viene quindi da chiedersi a questo punto in base a cosa il dna sia metilato oppure no il dna è tanto più metilato o tantomeno metilato a seconda dei fattori di trascrizione che adesso si legano ad ogni sequenza regolatrice possano legarsi sia attivato ricche repressori quindi se un gene lega più attivatori che repressori verrà trascritto se invece lega più repressori non verrà trascritto quindi fattori di trascrizione sono importantissimi perché permettono di fare un bilancio tra l'attivazione e la repressione di un gene tale da poter scegliere se questo gene verrà trascritto oppure no prevalenza di fattori repressori quindi porterà il gene persona non trascrizione parliamo ora del controllo trascrizionale questo controllo si esplica attraverso i fattori di trascrizione attivatori e repressori e il controllo degli elementi prossimali distali questi elementi sono stati già descritti nelle precedenti elezioni il controllo opposte trascrizionale a che fare con l'editing delle rna messaggero vediamo in che modo il controllo della stabilità e della durata avviene grazie al che pd alla pole a denis l'azione la degradazione polia dipendente quel fenomeno per cui più è lunga la coda in pole ea danny nei più un rna e capace di resistere per cui decidendo sulla bolletta in relazione si decide sulla quantità di trascritto perché un rna che vive di più tra scrive di più esistono forme di degradazione polia indipendenti rese possibili dalla distruzione del cat il che quindi gioca un ruolo importante anch'esso nella decisione sulla quantità trascrittiva di un rna altri enzimi che sono capaci di regolare la trascrizione e la traduzione sono lendo nucleati capaci di effettuare un taglio al centro della linea messaggero altro fenomeno mediante cui si gioca la regolazione degli erronea e la distribuzione nella cellula l'embrione della mosca drosophila presenta infatti distribuzione all'interno della cellula zii gotica di diversi tipi di rna messaggero sarà proprio la distribuzione di questi diversi rna a decidere quanto è si tradurranno per questa ragione in diverse zone della cellula si produrranno diverse proteine e questo permetterà la differenziazione dell'embrione in feto e quindi in animale sviluppato pro fenomeno il mascheramento fenomeno per cui un rna perfettamente funzionante può essere inibito da particolari proteine dette appunto inibitoria altro fenomeno e l'interferenza del rennes yann che si esplica attraverso si rna mrna di questo argomento si è discusso nella lezione 12 la regolazione a livello traduzionale dipende dalla disponibilità dei fattori di inizio dalla disponibilità di amminoacidi rna e da altri due fattori che adesso vediamo nella pratica 1 il controllo da precursore il controllo da precursore è tale quando una molecola contenuta nella cellula è capace di attivare o inibire la traduzione il ferro ad esempio quando è presente in scarsa quantità non ha attività regolatrice quindi il gene per la molecola ferritina che serve appunto alle gare trasportare il ferro è spento le renne a viene prodotto ma grazie al fattori inibenti rp viene spento quando il ferro aumento in concentrazione aumenta la probabilità che un atomo di ferro leghi rp il legame con il re p inattiva il fattore di trascrizione quindi la regna messaggero per la ferritina si sblocca e può essere facilmente tradotto la traduzione porta alla formazione di una molecola chiamata ferritina la cui funzione principale legare il ferro la quantità di ferritina aumenterà sempre di più fino a quando non verranno legati praticamente quasi tutti gli oni ferro il contrario l'inibizione da prodotto inibizione che sia quando la molecola prodotta da un gene è presente in quantità così grande da legare un inibitore che a sua volta allegra le renne a messaggero spegnendolo questo sistema serve per evitare sprechi cioè per evitare chi sia prodotto troppo prodotto appunto esiste infine una regola post tradizionale che consiste alla modificazione che avviene rer nel rally e nel golgi oppure alla degradazione delle proteine di questo si è già parlato nella lezione 10 sull'editing delle proteine