Nucleosomi e trascrizione: Rimodellamento cromatinico e regolazione dell'espressione genica

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1 Nucleosomi e trascrizione: Rimodellamento cromatinico e regolazione dell'espressione genica

2 La trascrizione di un gene richiede delle modifiche nell'organizzazione della cromatina Figura 4.15C Organizzazione del DNA in fibre cromatiniche. Amaldi, Benedetti, Pesole, Plevani Biologia molecolare - 2a edizione CEA - Casa Editrice Ambrosiana

3 STRUTTURA DEL NUCLEOSOMA

4 Struttura del nucleosoma

5 SITI IPERSENSIBILI (HS) I siti ipersensibili alla DNAsi I definiscono un dominio cromosomico in cui è attiva almeno una unità trascrizionale Le regioni genomiche in cui vi sono geni attivamente trascritti sono sensibili alla DNAsi I Figura 4.22 del posizionam Un gene è suscettibile alla DNAsi I solo nel tessuto in Analisi cui è espresso Amaldi, Benedetti, Pesole, Plevani Biologia molecol

6 Conformazione della cromatina e attivazione /repressione trascrizionale

7 Rimodellamento cromatinico ed espressione genica Watson et al., BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2005

8 PROCESSI IMPLICATI NEL RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA A_Modificazioni post-traduzionali degli istoni B_Sostituzioni di varianti istoniche C_Complessi di rimodellamento della cromatina ATP-dipendenti

9 Modificazioni istoniche post -traduzionali e rimodellamento cromatinico

10 Modificazioni istoniche post traduzionali ed espressione genica Watson et al., BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2005

11 Modificazioni chimiche post-traduzionali (PTM) degli istoni

12 RIMODELLAMENTO CROMATINICO E ACETILAZIONE DEGLI ISTONI (HAT: Acetiltrasferasi istoniche ) HDAC: Deacetilasi istoniche) Dove sono presenti geni attivamente trascritti l acetilazione degli istoni aumenta L istone H4 è fortemente sottoacetilato nel cromosoma X femminile inattivo Assenza di acetilazione compatta cromatina Molti TF hanno attività acetiltrasferasica

13 Acetilazione degli istoni e regolazione dell'espressione genica

14 Acetilazione degli istoni e regolazione dell'espressione genica

15 Coattivatori della trascrizione con attività HAT: p300/cbp (HAT in H4), PCAF (HAT in H3)

16 Complesso repressore (nei lieviti): -Legame al DNA (Ume6) -Corepressore (Sin3) -Deacetilasi (Rpd3)

17 Figura 11.29BC Visione globale dei meccanismi di attivazione della trascrizione. Amaldi, Benedetti, Pesole, Plevani Biologia molecolare - 2a edizione CEA - Casa Editrice Ambrosiana

18 Ipotesi del codice istonico Le modificazioni post-traduzionali degli istoni forniscono siti di legame riconosciuti da domini di tipo bromodominio, cromodominio, dominio tudor, contenuti in proteine che possono cambiare lo stato della cromatina in attivo o represso

19 codice istonico Watson et al., BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2005

20 Complessi di rimodellamento della cromatina ATP-dipendenti (Rimodellatori)

21

22 Il complesso SWR1 media la sostituzione di un istone del nucleo con la variante istonica H2A.Z, aumentata nelle regioni trascrizionalmente attive (eucromatiniche) adiacenti a regioni represse (eterocromatiniche) Sir

23 I complessi di rimodellamento non hanno specificità per i siti bersaglio, è necessario l'intervento di altri fattori specifici

24 Processi implicati nel rimodellamento cromatinico

25 Metilazione del DNA ed espressione genica

26 NELLE CELLULE ANIMALI IL 2-7% DELLE CITOSINE E' METILATO (Mammiferi:5%,Drosofila e Lievito: 1%, Eucarioti inf: (C. elegans) no metilazione) NELLE CELLULE VEGETALI IL 30% LA METILAZIONE AVVIENE IN REGIONI RICCHE DI COPPIE CG CHIAMATE ISOLE CpG: 5' 3' - CpG - 3' 5m GpC5m - 5' Lunghe alcune Kb Presenti nella regione 5' di geni attivamente trascritti, dove il contenuto in GC è più elevato (nel genoma umano circa copie) Figura 19.1 Struttura della citosina e delle sue forme modificate 5-metilcitosina e 5-azacitosina. Amaldi, Benedetti, Pesole, Plevani Sono sempre presenti nei geni costitutivi Biologia molecolare - 2a edizione CEA - Casa Editrice Ambrosiana

27 LA METILAZIONE DELLE ISOLE CpG E' CORRELATA CON LA REGOLAZIONE DELL'ESPRESSIONE GENICA: -ISOLE CpG IPERMETILATE : INATTIVANO IL GENE CHE FIANCHEGGIANO -ISOLE CpG IPOMETILATE: SONO SPESSO PRESENTI NELLA REGIONE 5' DI GENI ATTIVAMENTE TRASCRITTI

28 Metilazione del DNA e regolazione dell espressione genica

29 Metilasi MeCP2 Silenziamento genico associato a metilazione del DNA (e successivo rimodellamento cromationico)

30 La metilazione delle citosine è coinvolta nel meccanismo di regolazione differenziata dei geni sotto imprinting Genomic imprinting Modificazione epigenetica che avviene durante la gametogenesi maschile o femminile e che provoca l inattivazione selettiva di geni dipendente dall origine parentale

31 Genomic imprinting

32 Nature Mar 30

33 Schema riassuntivo dei meccanismi associati al rimodellamento cromatinico ed espressione genica negli eucarioti