RNA struttura e funzione. Flashcards

1
Q

ESPERIMENTO DI BEADLE E TANTUM

A

Chiarirono relazione tra informazione genica e proteine,
Ma come si formano le proteine?

Nel 1960 scoprirono intermediario:
l’RNA messaggero (mRNA) costruito come copia complementare di uno dei due filamenti di DNA che costituiscono un gene

mRNA insieme al complesso di traduzione porta alla formazione della sequenza amminoacidica!
In questo processo, coinvolti anche: RNA ribosomiali + RNA transfer

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2
Q

FLUSSO DI INFORMAZIONE ATTRAVERSO LA CELLULA

A

Insieme di trascrizione + traduzione costituisce un processo noto come ESPRESSIONE GENICA = consente al gene di esplicare il suo effetto biologico.
• TRASCRITTOMA: tutti i ≠ mRNA di una cellula
• PROTEOMA: le ≠ proteine espresse in una cellula

Informazione presente in un segmento DNA = resa disponibile alla cellula attraverso molecola RNA

Trascrizione: sintesi di RNA da uno stampo di DNA.
Processo in cui: informazione codificata in 4 desossiribonucleotidi del DNA = trascritta in linguaggio simile che utilizza 4 ribonucleotidi dell’RNA
Sequenza nucleotidica RNA = complementare a quella del gene (dal quale viene trascritto)
=> mRNA conserva medesime informazioni del gene stesso

Gene = parte di una ENORME molecola di DNA (che rimane nel nucleo)
Sue informazioni trasmesse tramite RNA = più piccolo + mobile + in grado di passare nel citoplasma

Traduzione: processo attraverso il quale proteine si sintetizzano nel citoplasma.
Richiede partecipazione di molto componenti ≠, tra cui RIBOSOMI:
- componenti NON specifici
- costituiti da RNA (ribosomiale) + proteina

Dove è l’informazione genica responsabile della nostra complessità?
• Per molti anni si è creduto che complessità di organismo = definito esclusivamente dal numero di proteine codificate nel suo genoma.
• Dopo progetti di sequenziamento del genoma: scoperta che il numero di geni codificanti proteine NON è in scala o coerente con la complessità.
• Nr geni codificanti proteine degli esseri umani (e altri vertebrati) circa uguale a quello di C. elegans (verme) (≈ 20.000)
Nr minore di quello delle:
Piante (Arabidopsis ≈ 28.000, riso ≈ 40.000)
Protozoi (≈ 30.000).

La proporzione di DNA non codificante cresce con la complessità dello sviluppo

I genomi sono pervasivamente trascritti:
> 70% del genoma è trascritto
≈ 25000 geni che codificano proteine (mRNA)
> 20000 RNA trascritti che non codificano le proteine

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3
Q

GENERALITÀ TRASCRIZIONE CELLULE PROCARIOTICHE + EUCARIOTICHE

A

Trascrizione: consiste nella sintesi di una molecola di RNA su stampo di uno dei due filamenti di DNA.
Enzimi responsabili della trascrizione: RNA polimerasi-DNA dipendenti (o semplicemente RNA polimerasi)
* in grado di assemblare nucleotidi (uno alla volta) in una catena lineare RNA, la cui sequenza è complementare al DNA (che funge da STAMPO)

Primo passo sintesi RNA: associazione polimerasi con stampo di DNA
PROMOTORE = sito di inizio trascrizione dove si lega 1 molecola di RNA polimerasi
* polimerasi: non in grado di riconoscere il promotore; richiedono intervento proteine, dette FATTORI di TRASCRIZIONE
Inoltre, promotore contiene informazioni che determinano:
- quale dei 2 filamenti DNA verrà trascritto
- sito dove inizierà la trascrizione

Processo catalizzato dalle RNA polimerasi che catalizzano la reazione 5’-3’ (crescita filamento RNA):
RNA(n) + NPPP → RNA(n+1) + PP(i)
oppure: RNA(n) + NTP → RNA(n+1) + PP(i)
* nella quale: ribonucleosidi trifosfati (NTP) -> IDROLIZZATI in nucleosidi monofosfati (sono polimerizzati in una catena covalente)
PP(i) → 2P(i)
* pirofosfato PP(i) -> IDROLIZZATO a fosfato inorganico P(i):
- rilasciando grande quantità di energia
- rendendo incorporazione nucleotidi -> processo irreversibile
Sintesi proteine + ac. nucleici = processi irreversibili.

Polimerasi:
- avanza lungo stampo di DNA: DNA viene SROTOLATO;
- inserisce nucleotide COMPLEMENTARE nella CATENA nascente di RNA;
- oltrepassato una certa regione: si RIFORMA doppia elica DNA.
=> catena RNA NON rimane associata al proprio stampo, come un ibrido di DNA-RNA (eccetto ≈ 9 nucleotidi appena dietro il sito presso il quale polimerasi sta agendo)

Frequenza con la quale 1 gene viene trascritto:

  • rigorosamente regolata
  • varia a seconda = del gene + delle condizioni ambientali

RNA polimerasi: capaci di formare RNA straordinariamente lunghi.
Dunque, enzima deve rimanere attaccato al DNA per lunghi tratti => si parla di PROCESSIVITÀ dell’enzima.
Inoltre, enzima deve essere associato in modo sufficientemente DEBOLE = da potersi muovere - a livello dello stampo - da nucleotide a nucleotide

Polimerasi NON si muovono necessariamente in maniera continua, ma possono:
- arrestarsi in certi siti lungo lo stampo, oppure
- muoversi all’indietro prima di riprendere movimento.
Es. Nucleotide sbagliato incorporato = polimerasi bloccata deve:
- digerire estremità 3’ del trascritto neosintetizzato
- risintetizzare porzione mancante, prima di riprendere il suo movimento
* abilità definita come “correzione di bozze” (proofreading)

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4
Q

TRASCRIZIONE NEI PROCARIOTI

A

Nei batteri UN solo tipo di RNA polimerasi = composta da 5 subunità (strettamente associate per formare NUCLEO - core - enzimatico)
Se RNA polimerasi:
- molecola sola: si lega a siti casuali del DNA (normalmente ignorati);
- in presenza di un polipeptide accessorio, detto FATTORE SIGMA (σ): trascrizione inizia nei siti appropriati

Fattore σ si lega al nucleo enzimatico:
- aumenta: affinità dell’enzima per PROMOTORI DNA
- riduce: affinità per DNA in GENERALE
=> enzima scivola liberamente sul filamento DNA, finché riconosce + lega una regione promotrice appropriata

RNA polimerasi batterica: forma simile a “chela di granchio” con un paio di pinze che racchiudono un canale interno carico (+)
- Fattore σ INTERAGISCE con promotore;
- Pinze dell’enzima AFFERRANO doppia elica DNA sottostante (situata all’INTERNO del canale);
- Enzima separa (o DENATURA) 2 filamenti DNA;
- Separazione filamenti rende lo stampo ACCESSIBILE al sito attivo dell’enzima.
Una volta che ≈ 10 nucleotidi INCORPORATI nel trascritto nascente => enzima subisce notevole CAMBIAMENTO conformazionale: trasformato in un COMPLESSO di ALLUNGAMENTO della TRASCRIZIONE (in grado di muoversi processivamente lungo il DNA)
* formazione di questo complesso solitamente seguita dal rilascio del fattore sigma

Promotori batterici: posizionati SUBITO a MONTE del SITO d’INIZIO della sintesi RNA
Nucleotide in cui ha inizio trascrizione, denominato +1; ed il precedente -1.
Porzioni DNA:
- precedenti il sito d’inizio (verso estremità 3’ dello stampo): sono dette A MONTE
- seguenti il sito d’inizio (verso estremità 5’ dello stampo): sono dette A VALLE

2 tratti importanti di DNA:

a) ≈ 35 basi a monte del sito d’inizio (regione -35): sequenza TTGACA = definita SEQUENZA CONSENSO, indica che è la versione più comune di sequenza conservata (presenta alcune variazioni da un gene all’altro)
b) 10 basi a monte del sito d’inizio (regione -10): sequenza consenso TATAAT = detta Pribnow box, responsabile dell’IDENTIFICAZIONE nucleotide PRECISO in cui INIZIA trascrizione

Fattori σ ALTERNATIVI iniziano TRASCRIZIONE di un piccolo nr di geni SPECIFICI.
Es. cellule di E. coli sottoposte ad aumento improvviso di temperatura = sintetizzato nuovo fattore σ che riconosce promotore diverso + porta alla trascrizione di una batteria di geni per lo shock termico (heat shock genes). Prodotti di questi geni proteggono proteine della cellula da danni termici.

Trascrizione TERMINA quando viene raggiunta SPECIFICA sequenza di nucleotidi.
Due casi:
a) proteina ad anello chiamata “rho” = richiesta per terminazione trascrizione batterica.
- Circonda RNA neosintetizzato
- Si muove lungo filamento, verso polimerasi in direzione 5’-3’
- Separa trascritto di RNA dal DNA a cui è legato

b) polimerasi raggiunge una SEQUENZA di TERMINAZIONE => libera catena completa di RNA (senza necessità di fattori addizionali)

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5
Q

TRASCRIZIONE NEGLI EUCARIOTI

A
  • Trascrizione avviene nel NUCLEO
  • Esistono 3 RNA polimerasi:
    • RNA polimerasi I → RNA ribosomiali più grandi (28S - 18S - 5,8S)
    • RNA polimerasi II → mRNA, RNA nucleari (snoRNA + snRNA), microRNA, siRNA, lncRNA (non codificante)
    • RNA polimerasi III → tRNA e rRNA (5S), alcuni snRNA (U6) e geni per altri piccoli RNA
  • enzimi estremamente complessi: 8-14 polipeptidi distinti (subunità) + molto grandi
  • Ogni pol aiutata da 1 serie di proteine ausiliarie: FATTORI di TRASCRIZIONE
    • Fattori GENERALI di trascrizione: necessari alla pol per INIZIARE trascrizione
    • Fattori SPECIFICI di trascrizione: proteine REGOLATRICI di geni che determinano VELOCITÀ alla quale un gene o gruppo di geni viene trascritto
  • RNA neo-trascritto:
    chiamato TRASCRITTO PRIMARIO (pre-RNA) di lunghezza equivalente al DNA trascritto
    viene sempre MATURATO (o processato) in una molecola più piccola
  • Trascritti primari NON esistono nella cellula come RNA nudi => vengono sempre associati a proteine

Differenza tra trascrizione procarioti vs. eucarioti:

  • nr ≠ RNA polimerasi (p = 1; e = 3)
  • eucarioti necessitano un’ampia varietà di proteine accessorie (fattori di trascrizione)
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6
Q

TRASCRIZIONE RNA RIBOSOMIALE (rRNA)

A

RNA ribosomiali (rRNA): componenti dei ribosomi. Sintesi proteica.

Sono numerosi, compongono più dell’80% dell’RNA.
Per fornire grande nr di trascritti, sequenze di DNA che codificano rRNA (dette rDNA) = ripetute centinaia di volte.
Genoma umano contiene 5 raggruppamenti di rDNA = ognuno localizzato su un cromosoma ≠ (regioni cromosomiche specifiche = dette ORGANIZZATORI NUCLEOLARI)

Durante interfase (cellula non si divide), rDNA raggruppati a livello di 1 o + strutture nucleari dalla forma irregolare, chiamate NUCLEOLI = rappresentano:
- i siti di sintesi degli rRNA maggiori
- l’assemblaggio delle subunità ribosomiali
Gran parte del nucleolo costituita da: subunità ribosomiali = gli conferiscono aspetto granulare.
All'interno di questa massa granulare: 1 o + zone rotondeggianti composte soprattutto da materiale fibrillare (assomigliano ad una catena di “alberi di Natale”) = costituito da: stampi di DNA + trascritti di RNA nascenti.

Eventi di maturazione avvengono MENTRE rRNA viene sintetizzato.
Regione fibra di DNA, TRA unità di trascrizione adiacenti = priva di catene di RNA nascente.
=> questa regione non viene trascritta = definita SPAZIATORE NON TRASCRITTO: presenti in vari gruppi (cluster) di geni RIPETUTI in serie, compresi quelli dei RNA + degli istoni.

Ribosomi eucariotici contengono 4 distinti RNA ribosomiali:
- 3 nella subunità maggiore (1 molecola RNA ciascuna: 28S - 5,8S - 5S);
- 1 nella subunità minore (contiene 1 molecola di RNA 18S).
• Tre di questi rRNA (28S, 18S e 5,8S) = prodotti dal taglio di un unico trascritto primario (chiamato pre-RNA = 45S): opera di varie nucleasi.
• rRNA 5S = sintetizzato da un RNA precursore diverso (geni trascritti da RNA polimerasi III), al di fuori del nucleolo -> dopo sintesi viene trasportato nel nucleolo per riunirsi agli altri componenti coinvolti nell’assemblaggio delle subunità ribosomiali

2 caratteristiche peculiari dei pre-rRNA, rispetto ad altri trascritti di RNA:
- gran nr di nucleotidi metilati
- presenza di residui di pseudouridina.
Prima del taglio del precursore dell’rRNA -> vengono aggiunti:
+100 gr metilici ai gr ribosio nella molecola, e
≈ 95 residui di uridina si convertono chimicamente in pseudouridina.
Queste modificazioni -> avvengono dopo che nucleotidi sono stati incorporati neIl’RNA nascente = dette MODIFICAZIONI POST-TRASCRIZIONALI.
Nucleotidi modificati:
- localizzati in posizioni specifiche;
- raggruppati all’interno di porzioni della molecola conservate nel corso dell’evoluzione degli organismi.

Tutti nucleotidi modificati del pre-rRNA: RESTANO come parti del prodotto FINALE,
mentre regioni NON modificate: SCARTATE nel corso della MATURAZIONE.

Funzione dei gruppi metilici + delle pseudouridine = non è chiara.
Si ritiene che nucleotidi modificati possano:
- proteggere regioni del pre-RNA dal taglio enzimatico,
- favorire avvolgimento dell’rRNA nelle strutture 3D definitive e/o
- favorire interazioni dell’rRNA con altre molecole.

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7
Q

RUOLO DEGLI snoRNA

A

Maturazione del pre-rRNA si realizza grazie all’aiuto di gran numero di: piccoli RNA nucleolari (small nucleolar RNA, o snoRNA) -> assemblati insieme a particolari proteine = costituire particelle chiamate PICCOLE RIBONUCLEOPROTEINE NUCLEOLARI (small nucleolar ribonucleoproteins, snoRNP).
* snoRNP iniziano ad associarsi con rRNA precursore PRIMA che questo sia completamente
trascritto.

Prima particella di RNP che si attacca al trascritto di pre-rRNA contiene: snoRNA U3 + più di due dozzine di proteine differenti.
Questa grossa componente:
- si vede come una “palla”
- situata all’estremità libera di ciascuna fibrilla di RNA nascente,
- dove catalizza la rimozione dell’estremità 5’ del trascritto.

Una diversa classe di snoRNA può essere suddivisa in 2 gruppi ed i membri di ciascun gruppo (≠ funzioni) determinano quali:

  1. nucleotidi nel pre-RNA avranno il ribosio metilato,
  2. uridine saranno convertite in pseudouridine.

Entrambi i gruppi di snoRNA contengono TRATTI relativamente lunghi (da 10 - 21 nucleotidi) COMPLEMENTARI a REGIONI del trascritto di rRNA.
Ciascuno snoRNA si lega ad una porzione specifica del pre-rRNA => formare duplex RNA-RNA.
snoRNA legato guida poi un enzima (metilasi o pseudouridilasi), all’interno della snoRNP => modificare un particolare nucleotide del pre-RNA.

Nucleolo:

  • non solo sito di elaborazione di rRNA,
  • ma anche di montaggio delle due subunità ribosomiali. Due tipi di proteine si associano con RNA durante sua elaborazione:
    1. proteine ribosomiali = rimangono nelle subunità dei ribosomi,
    2. proteine accessorie = si associano in modo transitorio con RNA intermedi + necessarie solo per la maturazione.
Riassumendo:
Maturazione degli rRNA implica intervento dei piccoli RNA nucleolari (snoRNA), che determinano:
- scissione del trascritto primario,
- metilazione del ribosio e
- modificazione dell’uridina
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8
Q

TRASCRIZIONE RNA TRANSFER (tRNA)

A

RNA transfer (tRNA): molecole che traducono fedelmente le informazioni contenute negli mRNA in una specifica sequenza amminoacidica.

Cellule animali + piante ≈ 50 specie ≠ di RNA transfer, ciascuna codificata da 1 sequenza DNA ripetuta più volte all’interno del genoma.

RNA transfer -> sintetizzati da geni che si trovano in piccoli gruppi (CLUSTER) sparsi nel genoma
• 1 singolo cluster contiene copie multiple di DIFFERENTI geni per tRNA;
• sequenza di DNA che codifica un dato tRNA si trova in più di 1 cluster.

DNA all’interno di un cluster (tDNA) composto:

  • in gran parte da sequenze spaziatrici = non vengono trascritte;
  • mentre sequenze codificanti per tRNA = situate ad intervalli irregolari in ripetizioni a tandem.

Come rRNA 5S, tRNA => trascritti dalla RNA polimerasi III
Sequenza PROMOTRICE presente:
- all’INTERNO della parte codificante del gene,
- anziché all’estremità 5’.

Trascritto primario di 1 molecola tRNA:

  • più grande del prodotto finale
  • tratti del precursore localizzati su entrambe le estremità 5’ e 3’ (in alcuni casi anche al suo interno) => devono essere rimossi
  • numerose basi => devono essere modificate
  • tripletta CCA, presente all’estremità 3’ di tutti i tRNA viene aggiunta al trascritto maturo

Uno degli enzimi coinvolti nell’elaborazione dei pre-tRNA = endonucleasi denominata RIBONUCLEASI P (presente sia nei procarioti che eucarioti), costituita da: RNA + proteine
Funzione: catalizza il taglio del pre-tRNA

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9
Q

ESPRESSIONE GENICA

A
  • INFORMAZIONE per COSTRUIRE un organismo vivo, da un batterio all’uomo, RISIEDE nel DNA.
  • Informazione contenuta nel DNA diventa UTILIZZABILE quando viene espressa SOTTO FORMA di: RNA e proteine.
  • che sono i COSTITUENTI STRUTTURALI + FUNZIONALI principali degli organismi viventi.
  • È il PROCESSO attraverso cui INFORMAZIONE contenuta in un GENE (costituita di DNA) => convertita in una MACROMOLECOLA FUNZIONALE (tipicamente una proteina)
  • TRASCRIZIONE
  • TRADUZIONE
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10
Q

RNA NUCLEARI ETEROGENEI (hnRNA)

A
Definiti RNA NUCLEARI ETEROGENEI (hnRNA), quegli RNA che presentano:
• alto peso molecolare;
• sequenza nucleotidica ≠ (eterogenea);
• si trovano SOLO nel nucleo.
* questo è anche il precursore dell’mRNA
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11
Q

SINTESI RNA MESSAGGERI (mRNA)

A

RNA messaggeri (mRNA): contengono l’informazione genetica per la sintesi proteica.

Tutti i precursori mRNA => sintetizzati (trascritti) dalla: RNA polimerasi II (enzima composto da 12 subunità ≠)
RNA pol II LEGA promotore in COOPERAZIONE con serie di FATTORI GENERALI DI TRASCRIZIONE (GTF) => formare COMPLESSO di PREINIZIO (PIC)

ELEMENTI del PROMOTORE che DETERMINANO assemblaggio PIC -> posizionati all’estremità 5’ di CIASCUNA unità di trascrizione.
Regione CRUCIALE del promotore:
- ≈ 24 - 32 basi a monte del sito d’inizio della trascrizione
- contiene seq consenso identica o molto simile a: 5’-TATAAA-3’, detto anche “TATA box”

• Primo passaggio: legame della prot che lega TATA box, detta TBP che RICONOSCE sequenza di DNA dei promotori eucarioti
• TBP serve come subunità per un certo numero di fattori di trascrizione (es. TFIID)
• Legame di TBP produce CAMBIAMENTO nella conformazione del DNA => risulta sottoavvolto e quindi più aperto, permettendo alla pol di accedere allo stampo
• Dunque, legame TFIID al DNA permette:
- associazione di alcuni altri fattori di trascrizione
- formazione del complesso con pol + DNA per formare il COMPLESSO di PREINIZIO
• Presenza di 3 GTF (TBP di TFIID, TFIIA e TFIIB) legati al promotore => fornisce impalcatura per il legame tra pol e TFIIF
• Quando RNA pol - TFIIF in posizione + si uniscono al complesso altri 2 GTF (TFIIE e TFIIH) => TRASFORMANO pol nella macchina di TRASCRIZIONE ATTIVA
* TFIIH è l’UNICO GTF noto con attività ENZIMATICA
Subunità del TFIIH:
1 sub. = funziona come CHINASI per FOSFORILARE RNA pol;
2 sub. = funzionano come ENZIMI che SROTOLANO DNA (elicasi).
• Una volta iniziata la trascrizione ALCUNI dei fattori generali (es. TFIIB e TFIID) si STACCANO; mentre ALTRI restano ASSOCIATI alla pol mentre avanza
• Finché TFIID rimane unito al promotore => molecole addizionali di RNA pol si possono:
- attaccare al sito promotore e
- iniziare nuovi cicli di trascrizione

• CTD = dominio C-terminale della subunità maggiore dell’RNA pol II: struttura particolare composta da 7 aa ripetuti più volte -> ottimi candidati per FOSFORILAZIONE da parte di proteinchinasi
• Pol II nel pre-inizio: NON FOSFORILATA,
mentre quando impegnata nella TRASCRIZIONE è FOSFORILATA
• Diventa fosforilata PRIMA di iniziare la trascrizione
• Forse ad opera di TFIIH (agisce come proteinchinasi) sui residui di serina in posizione #5
• Fosforilazione potrebbe ALLONTANARE dall’enzima i FATTORI di TRASCRIZIONE che restano legati alla TATA box => PERMETTENDO all’enzima di MUOVERSI
• Altra subunità di TFIIH serve per separare i filamenti di DNA duplex permettendo alla pol II di procedere lungo il filamento stampo

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12
Q

STRUTTURA DEGLI mRNA

A

Tutti gli mRNA:
• Contengono 1 sequenza continua di nucleotidi = in grado di codificare per 1 specifico polipeptide
• Si trovano nel CITOSOL
• Sono ASSOCIATI ai ribosomi
• Contengono porzione NON codificante = NON partecipa alla sintesi di proteine
• Particolari modificazioni alle estremità 5’ e 3’ (che non si trovano nei procarioti)
• 5’: CAPPUCCIO di METILGUANOSINA
• 3’: serie di adenosine che formano CODA di POLI(A)

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13
Q

MATURAZIONE DELL’mRNA (generalità)

A

• Trascritto primario matura nel nucleo per formare mRNP => trasportato al citosol
* mRNP = mRNA maturo + proteine associate ad esso
• Mentre si formano, i trascritti si associano con proteine che ne facilitano la maturazione
• Durante il processo si richiede:
- AGGIUNTA del CAPPUCCIO all’estremità 5’ del trascritto;
- AGGIUNTA della CODA poliA all’estremità 3’ del trascritto;
- RIMOZIONE degli INTRONI interposti.
• Cappuccio in 5’: dopo formazione estremità 5’ di un precursore mRNA, alcuni enzimi modificano questa porzione convertendo terminale 5’ -> in cappuccio di metilguanosina in una reazione molto veloce mentre molecola di RNA è ancora nelle sue FASI INIZIALI di SINTESI. Questo cappuccio ha diverse funzioni:
- Impedisce a questa estremità di essere digerita da nucleasi
- Favorisce trasporto di mRNA fuori dal nucleo
- Ruolo importante all’inizio della traduzione
• Coda di poli(A) al 3’: tramite AGGIUNTA di RESIDUI di ADENINA
- STABILIZZA mRNA nel citosol PROTEGGENDOLO dalla DEGRADAZIONE (ad opera delle esonucleasi)
- INCREMENTO della EFFICIENZA TRADUZIONALE
NOTA: Anche se MOLTI mRNA NON hanno questa coda per cui NON è INDISPENSABILE

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14
Q

CAPPUCCI IN 5’ E CODE DI POLI(A) IN 3’

A

Estremità 5’ di tutti mRNA = possiedono inizialmente 1 TRIFOSFATO: derivato dal 1° NUCLEOSIDE TRIFOSFATO incorporato nel sito d’inizio della sintesi RNA.
Appena estremità 5’ precursore mRNA sintetizzata => ≠ attività enzimatiche agiscono su quest’estremità.
Processo:
1. All’inizio, ULTIMO dei 3 fosfati => RIMOSSO, convertendo terminale 5’ in DIFOSFATO
2. Viene AGGIUNTO 1 GMP (guanosina mono-P) con orientamento INVERTITO, in modo tale che: estremità 5’di guanosina DI FRONTE A estremità 5’ catena RNA = primi 2 nucleosidi uniti da un peculiare PONTE TRIFOSFATO 5’-5’
3. Metilazioni:
- GUANOSINA invertita: in posizione 7 della sua BASE GUANINA
- NUCLEOTIDE sul lato INTERNO del ponte 3-P: in posizione 2 del RIBOSIO
4. Aggiunta di 1 gr metilico alla base guanina (metilazione)
5. Metilazione ribosio (solo in ALCUNI cappucci)
6. Estremità 5’ RNA contiene ora un CAPPUCCIO (CAP) di METILGUANOSINA
* ENZIMI per reazione di INCAPPUCCIAMENTO (capping) = RECLUTATI sul trascritto primario dal CTD della polimerasi.

Estremità 3’ di mRNA contiene SUCCESSIONE di RESIDUI di ADENOSINA che forma CODA di POLI(A): si trova da 10 - 30 nucleotidi a valle della seq AAUAAA => funge da SITO di RICONOSCIMENTO per ASSEMBLAGGIO di un COMPLESSO di PROTEINE che effettuano reazioni di maturazione all’estremità 3’ mRNA.
Processo:
1. Tra le proteine presenti nel complesso di maturazione abbiamo: ENDONUCLEASI = taglia pre-mRNA a VALLE del sito di riconoscimento (AAUAAA)
2. Enzima chiamato POLI(A) POLIMERASI aggiunge ≈ 250 adenosine SENZA necessità di uno stampo
3. CSTF = fattore STIMOLAZIONE taglio
4. Componente di specificità (CPSF) = fattore per TAGLIO SPECIFICO + POLIADENILAZIONE
Riconosce la seq AAUAA: non lega da subito AAUAA, ma è associata al corpo della RNA pol = quando si sposta dalla pol II -> alla sequenza, causa:
- lo stallo della RNA pol ed
- il suo distacco

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15
Q

ENHANCER

[ATTIVATORI]

A

Specifiche sequenze di DNA = in grado di AUMENTARE l’efficacia dei PROMOTORI nell’attivazione della trascrizione.
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 + 50 kb (kilobasi).

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16
Q

SILENCER

[INIBITORI]

A

Sequenza di DNA = in grado di legare dei fattori di trascrizione, detti REPRESSORI.
Quando silencer legato dal repressore => RNA polimerasi NON è in grado di iniziare la trascrizione.

17
Q

FASI MATURAZIONE DELL’mRNA

A

1) CAPPING
2) METILAZIONE
3) POLIADENILAZIONE
4) SPLICING
5) EDITING

18
Q

SPLICING

A
  • Processo attraverso cui SEQUENZE INTERPOSTE del DNA (INTRONI) vengono rimosse dal trascritto
  • Introdotte ROTTURE del filamento sia all’ESTREMITÀ 5’ che 3’ di OGNI INTRONE
  • ESONI che fiancheggiano i SITI di SPLICING devono essere legati covalentemente
  • Processo finemente regolato, la sola presenza di un nucleotide alterato => può ≠ sequenza di lettura del messaggio causando una traduzione alterata

• Processo GARANTITO dalla presenza, nei SITI di splicing, di sequenze ALTAMENTE conservate evolutivamente
• Seq G/GU all’estremità 5’ dell’introne (sito di splicing al 5’)
Seq AG/G all’estremità 3’ (sito di splicing al 3’)
=> presenti in quasi tutti i pre-mRNA.
* 1 semplice sostituzione di base nella seq di DNA dentro questi tratti blocca il corretto splicing => accumulo di precursori non processati (maturati)
• Tratto polipirimidinico = vicino al sito di splicing 3’
• Punto di ramificazione (branch point) = sequenza contenente Adenina
• ESE (Enhancer Esonici per lo Splicing) = ulteriore segnale (oltre le seq alle estremità) = sequenze specifiche localizzate all’interno degli esoni, permettono di distinguere fra esoni ed introni
* Modificazioni nella seq di DNA all’interno di sito di splicing o ESE => possono portare ad inclusione/esclusione di introni/esoni => causa di mutazioni ereditarie

• Splicing richiede PRESENZA di: proteine associate + snRNA (small nuclear RNA)
• SPLICESOMA: complesso ribonucleoproteico (snRNP = snRNA + proteine) adibito al controllo dello splicing
• Rimozione di un introne avviene attraverso due reazioni sequenziali di trasferimento di fosfato, dette TRANSESTERIFICAZIONI. Eliminazione degli introni prevede formazione di 1 struttura a cappio detta “LARIAT”
• Ci sono 5 snRNP: U1; U2; U4; U5; U6
Funzione: riconoscono i siti di splicing (alle estremità + branch point)
U1 e U2 = agiscono in maniera indipendente
U4, U5 e U6 = arrivano insieme

U1 (per complementarità) riconosce sito di splicing 5’ dell’introne
U2 (per complementarità) riconosce branch point = contiene l’Adenina che è in grado di legarsi all’estremità 5’ dell’introne e formare un cappio
Insieme formano un complesso di PRE-SPLICING => richiama l’assemblaggio di U4/U6 e U5 (corrisponde al distacco di U1)
U6 (per complementarità) in grado di agire sia con U2, che con il sito riconosciuto da U1 (che si allontana, lasciando il post a U6)
In questo modo, si allontana U1, ma anche U4 che prima era appaiato con U6 => si avvicina il branch point al 5’ dell’introne
Questa conformazione permette a U6 di catalizzare reazione e si completa il primo step dello splicing => formazione lazo (cappio)
U5 (per complementarità) in grado di interagire sia con seq 5’ di un esone, sia con la seq 3’ dell’altro esone => fa sì che Esone 1 ed Esone 2 rimangano uniti una volta completato il 1° step

• Dei vari snRNA che partecipano allo splicing di RNA:
RNA U6 si suppone sia RIBOZIMA che CATALIZZA reazione dei 2 TAGLI nel pre-mRNA per RIMUOVERE gli introni,
mentre U4 è il suo INIBITORE
• RIBOZIMI: molecole di RNA in grado di CATALIZZARE una reazione chimica, simile a enzimi che invece sono proteine. Molti sono in grado di autocatalizzare la loro stessa sintesi.

19
Q

SPLICING ALTERNATIVO

A

Permette formazione di trascritti maturi ≠ a partire da 1 STESSO hnRNA.
Molti trascritti primari effettuano 2 o + percorsi DIVERSI di maturazione: seq che agisce come INTRONE in UN percorso => diventa ESONE in un percorso ALTERNATIVO.
Ergo, MEDESIMO gene può CODIFICARE polipeptidi DIVERSI.

EXON SHUFFLING = processo che consiste nello SPOSTAMENTO di “moduli” genetici tra geni NON CORRELATI => fortemente FAVORITO dagli introni: agiscono come spaziatori inerti tra esoni.
Funzione: ricerca di nuove + utili seq codificanti (motivo per cui potrebbe avvenire l’evoluzione)

Altri meccanismi che producono forme alternative di trascritti, partendo dall’informazione contenuta in uno stesso gene sono:

1) RICONOSCIMENTO di SITI di INIZIO della trascrizione ALTERNATIVA;
2) SEGNALI di TERMINAZIONE della trascrizione ALTERNATIVI.

20
Q

AUTOSPLICING

A

Es. Un protozoo ciliato sintetizzava rRNA precursore (pre-rRNA) in grado di realizzare da sé processo di splicing.
Si scoprirono gli enzimi a RNA, RIBOZIMI.
Questo è un esempio di INTRONE del GRUPPO I.

Tappe che si verificano per la rimozione di introni nel pre-mRNA delle cells animali sono SIMILI a quello che si vede negli INTRONI del GRUPPO II (mitocondri dei funghi + cloroplasti delle piante).
Introni gr II si ripiegano in una struttura complessa. Tappe del processo:
1. Taglio del sito di splicing al 5’
2. Formazione di un cappio mediante legame covalente tra:
- estremità 5’ introne e
- residuo di Adenosina prossimo all’estremità 3’ introne
3. Il successivo taglio del sito di splicing al 3’:
- rilascia cappio
- permette alle estremità tagliate degli esoni di unirsi covalentemente

Differenza tra introni gr II e cellule animali: queste ultime NON in grado di realizzare da sé pr di splicing (NO AUTOSPLICING) => necessitano di una varietà di PICCOLI RNA NUCLEARI (snRNA) + loro proteine associate.

21
Q

SINTESI E MATURAZIONE microRNA (miRNA)

A

Trascrizione sequenze codificanti per microRNA => formazione di 1 precursore di ≈ 70-100 nucleotidi, detto pri-mRNA: presenta alle estremità cappuccio al 5’, poliadenilazione al 3’ (coda poliA) e contiene ancora le sequenze introniche.

Prima fase di maturazione avviene all’INTERNO del NUCLEO:
- ad opera di un enzima di tipo ENDONUCLEASI (ribonucleasi III) detto “Drosha”: iniziale rimozione di sequenze non necessarie.
Risultato: molecola di RNA a SINGOLO filamento, ripiegata su stessa grazie alla complementarità delle sequenze, a formare una struttura a forcina = prende il nome di pre-microRNA (o pre-miRNA) ≈ 80 nucleotidi.

Pre-miRNA trasportato al di fuori del nucleo grazie all’azione della ESPORTINA: proteina solubile che lega l’RNA + forma con esso ETERODIMERO => in grado di passare attraverso pori della membrana nucleare.

Una volta nel citosol, pre-miRNA (ancora non maturato) => ulteriormente rimaneggiato da una RNAsi (tipo III), la “Dicer” che tramuta molecole di RNA in 1 sequenza a DOPPIA ELICA (composta da una ventina di nucleotidi).

Destino della doppia elica di RNA può essere duplice:

  • uno dei due filamenti può essere degradato oppure
  • entrambi possono rimanere attivi e funzionali, anche se potranno agire nei confronti di sequenze di mRNA differenti.

MicroRNA maturo + proteina Argonauta = entrano a far parte del complesso RISC (RNA Induced Silencing Complex) => in grado di esercitare il suo ruolo specifico di regolazione della traduzione genica.

MicroRNA del complesso RISC GUIDA proteina Argonauta in stretta PROSSIMITÀ all’mRNA SPECIFICO. Funzione:

  • deadenilazione + degradazione dell’mRNA, oppure
  • repressione della sua traduzione
  • miRNA riconosce mRNA bersaglio mediante complementarità ad una regione 3’ UTR (Untranslated region) dell’mRNA.
22
Q

PROTEINE SR

A

• Denominate così per l’alto numero di dipeptidi di serina (S) ed arginina (R).
•Gli ESE (enhancer esonici per lo splicing) servono da sito di legame per le proteine SR che legano RNA.
• Formano reti di interazioni che circondano confini introne/esone;
• Favoriscono reclutamento delle snRNP al sito di splicing.
• Cariche (+) possono LEGARE ELETTROSTATICAMENTE gr fosfato carichi (-) = che sono aggiunti al CTD della polimerasi quando inizia trascrizione
=> ASSEMBLAGGIO APPARATO SPLICING avviene CONTEMPORANEAMENTE alla SINTESI degli INTRONI da parte della POLIMERASI

23
Q

SMALL INTERFERING RNA (siRNA)

A

Sono piccole molecole di RNA (19-21 nucleotidi) a doppio filamento.
Generalmente di origine esogena (Es. virus o dsRNA artificiali) anche se possono essere raramente endogeni.
siRNA fanno parte del sistema RNAi (RNA INTERFERENCE) = processo che BLOCCA ESPRESSIONE di singoli geni.
Un uso particolare del sistema RNAi è il KNOCK-OUT ARTIFICIALE dei geni, ovvero il silenziamento dell’espressione di uno più geni per studiarne gli effetti e le conseguenze.