Regolazione della trascrizione negli eucarioti

La trascrizione del DNA eucariote dipende da molti fattori combinati
La regolazione della trascrizione nelle cellule eucariote presenta notevoli analogie, ma anche molte differenze rispetto a quella che avviene nei procarioti. In entrambi i tipi di cellule al processo di trascrizione partecipano sia le piccole molecole effettrici sia gli attivatori e i repressori che influenzano la capacità dell'enzima RNA polimerasi di legarsi al promotore.
Tuttavia la regolazione nelle cellule eucariote è più complessa non solo perchè ogni gene strutturale, possedendo un proprio sistema di controllo, viene trascritto separatamente e non ci sono dunque gli operoni, ma soprattutto per la presenza di complicate strutture e organuli nel citoplasma che richiedono un maggior numero di proteine e per l'esistenza di una molteplicità di tipi di cellule con funzioni assai differenti.
In generale la trascrizione nelle cellule degli organismi pluricellulari è controllata da molti fattori che agiscono in maniera combinata, tra essi ci sono: 
_gli attivatori e i repressori che stimolano o inibiscono l'attività dell' TNA polimerasi;
_la possibilità di modulare l'azione di queste proteine mediante le piccole molecole effettrici o varie interazioni fra proteine;
_la capacità di aggiungere un gruppo metile al DNA per inibire la sua trascrizione;
_la presenza di particolari attivatori che possono alterare la strutture della cromatina in certe regioni del DNA, consentendo così all'RNA polimerasi di riconoscere e raggiungere un gene per dare avvio alla trascrizione.
La trascrizione può avvenire solo quando la cromatina è despiralizzata
Il grado di condensazione dei cromosomi delle cellule eucariote, osservabile colorando la cromatina, è in stretta relazione con il tasso di espressione genica. La colorazione rivela due tipi di cromatina: l'eucromatina, che risulta più dispersa e si colora debolmente, e l'eterocromatina, che è più condensata e si colora più intensamente. Durante il periodo di divisione cellulare, tutta la cromatina di presenta nella forma più densa e compatta che consente un più agevole movimento dei cromosomi ma inibisce ogni attività di trascrizione.
Durante l'interfase molte regioni del DNA sono ricche di eucromatina che consente il processo di trascrizione, mentre l'eterocromatina rimane confinata solo in quelle regioni dei cromosomi in cui non ci sono geni codificanti per le proteine oppure dove i geni devono rimanere "silenti". Un esempio di cromatina molto condensata è quella che si trova presso il centromero del cromosoma; questa regione, che non codifica le proteine, potrebbe invece avere un luogo strutturale nel movimento dei cromosomi durante la mitosi e la meiosi.
In modo analogo, la trascrizione avviene in maniera molto limitata, o non avviene affatto, nei corpi barr, che sono cromosomi x strettamente spiralizzati e irreversibilmente disattivati. Nelle cellule dei mammiferi di sesso maschile vi è solamente un cromosoma x e i suoi geni sono quindi presenti in copia unica. Nelle femmine, invece, i cromosomi x sono 2; i cromosomi sessuali di una cellula femminile, quindi, potrebbero in teoria produrre il doppio delle proteine di una cellula maschile. Si pensa che uno dei 2 cromosomi x della femmina venga inattivato già in fase embrionale e non sia più in grado di esprimersi proprio perchè, essendo costantemente spiralizzato, diventa inaccessibile agli enzimi che danno avvio alla trascrizione. 
Inoltre, quando la cellula si differenzia durante lo sviluppo embrionale, il rapporto tra eterocromatina ed eucromatina aumenta a mano a mano che le cellule si specializzano; in questo modo, i segmenti di DNA non sono necessari alla cellula differenziata diventano effettivamente "silenti".
Come è possibile che un segmento di DNA di despiralizzi temporaneamente per permette la sua trascrizione?
Un ruolo importante in questo processo viene svolto dagli attivatori, i quali richiamano presso tale regione diverse proteine in grado di alterare la struttura dei nucleosomi.
Un esempio di queste proteine è l'istone-acetiltransferasi, un enzima che attacca gruppi acetili alle code N-terminali delle proteine istoniche. Una volta acetilati, gli istoni si possono disporre diversamente e allentano il loro legame col DNA; in questo modo, la cromatina diventa meno compatta e l'aggancio dell'RNA polimerasi viene facilitato. Nei mammiferi di sono più di 50 enzimi in grado di modificare le code degli istoni; alcuni favoriscono la trascrizione, mentre altri tendono a compattare la cromatina rendendola meno accessibile all'RNA polimerasi e ai fattori di regolazione.
Regolazione della trascrizione mediante specifiche proteine di legame
La trascrizione negli eucarioti inizia con l'attacco dell'enzima RNA polimerasi al promotore di un determinato gene presente sulla molecola di DNA; quindi, l'RNA polimerasi si sposta lungo la molecola usando il filamento di DNA 3'-5' come stampo per la sintesi di molecole di RNA e, infine, le molecole di RNA trascritte svolgono le loro specifiche funzioni nella traduzione in proteine delle informazioni genetiche.
Nelle cellule eucariote esistono però tre tipi di RNA polimerasi, uno per ogni tipo di RNA che viene trascritto.Il promotore delle cellule eucariote è costituito non da una sola unità, ma da almeno tre regioni differenti.
_Una regione, detta TATA box, è la particolare sequenza nucleotidica che localizza il punto esatto in cui la trascrizione può avere luogo;
_Un'altra regione, il sito di inizio della trascrizione, è il punto in cui si inserisce l'RNA-polimerasi per dare inizio alla trascrizione; TATA box e sito di inizio della trascrizione formano un complesso chiamato promotore base. La trascrizione è controllata dall'azione di proteine che si attaccano in punti specifici della molecola di DNA; nelle cellule eucariote queste proteine di regolazione sono dette fattori di trascrizione generali. La struttura molecolare che si forma, detto complesso di pre-inizio, è indispensabile affinchè possa cominciare la trascrizione del DNA in RNA.
_La terza regione del promotore , è il sito degli elementi regolatori. Gli elementi regolatori sono sequenze nucleotidiche che del DNA chiamate enhancer o silencer a seconda che favoriscano o inibiscano l'avvio della trascrizione al TATA box e la conseguente formazione del complesso di pre-inizio.
Enhancer e silencer possono essere situati in prossimità della sequenza del promotore presso cui si lega l'enzima RNA polimerasi per iniziare la trascrizione, ma spesso si trovano lontani anche centinaia o, perfino, migliaia di coppie di basi. In questo caso, occorre la presenza di un mediatore che metta in comunicazione questi geni di regolazione con i promotori stessie controlli la velocità a cui l'RNA polimerasi può svolgere il processo di trascizione.

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