Vol. 2° -  VII.4.

L’ESPRESSIONE GENICA

Negli eucarioti l’espressione genica è regolata a diversi livelli. Sembrano infatti esistere sistemi per il controllo della trascrizione, della maturazione degli RNA precursori, del trasporto dell’RNA maturo fuori dal nucleo, della traduzione degli mRNA, della degradazione degli RNA maturi e della degradazione dei prodotti proteici.

I geni eucariotici codificanti per proteine contengono sia elementi promotori che elementi enhancer. Alcuni elementi del promotore sono necessari perché la trascrizione prenda l’avvio. Altri elementi promotori hanno una funzione regolatrice e sono specifici per il gene da essi controllato legando specifiche proteine che modulano l’espressione del gene.

Proteine regolatrici specifiche si legano anche agli elementi enhancer e attivano la trascrizione mediante interazioni con proteine associate agli elementi promotori. Elementi enhancer ed elementi del promotore sembrano legare in molti casi le stesse proteine. Questo implica che entrambi i tipi di elementi di regolazione intervengono nella trascrizione mediante meccanismi simili, che coinvolgono probabilmente interazioni fra le proteine regolatrici.

La cromatina trascrizionalmente attiva è più sensibile alla digestione con DNAasi I rispetto alla cromatina trascrizionalmente inattiva. Questa sensibilità è il risultato di una struttura DNA-proteine più rilassata nelle aree di attività trascrizionale. Certi siti dei geni attivi, detti siti ipersensibili, sono particolarmente sensibili alla digestione con DNAasi I e probabilmente corrispondono ai siti di legame per la RNA polimerasi e per le proteine regolatrici.

Si è visto che certe posizioni delle basi del DNA della maggior parte degli eucarioti sono metilate. I gruppi metilici vengono aggiunti soprattutto alle citosine e in genere i geni trascrizionalmente attivi mostrano livelli di metilazione inferiore rispetto ai geni inattivi dal punto di vista trascrizionale. Nonostante l’intensa attività dei ricercatori, negli eucarioti non sono stati trovati operoni [1] .

Negli eucarioti superiori, sistemi ben studiati di regolazione a breve termine sono quelli per il controllo della sintesi di enzimi da parte degli ormoni steroidei. Alcuni ormoni, come accade per gli ormoni steroidei, esercitano la loro azione legandosi direttamente al genoma della cellula in un complesso ormone-recettore. Altri ormoni, quali gli ormoni polipeptidici, agiscono alla superficie della cellula attivando un sistema che produce AMP ciclico, una sostanza che agisce come secondo messaggero nel controllo dell’attività genica. La specificità dell’azione ormonale deriva dalla presenza di recettori ormonali solo in certi tipi cellulari e dall’interazione di complessi steroide-recettore con certe proteine regolatrici specifiche per il tipo cellulare.

Negli eucarioti l’espressione genica può venir regolata a livello della maturazione dell’RNA. Questo tipo di regolazione determina la produzione di molecole di RNA maturo da molecole di RNA precursore. Due eventi regolatori che esemplificano questo livello di controllo sono la scelta del sito di poliadenilazione e la scelta del sito di giunzione (splicing) degli introni [2] . In entrambi i casi vengono prodotti tipi diversi di RNA in base al tipo di scelta fatta. In sistemi di sviluppo sono noti esempi di entrambi i tipi di regolazione.

Il trasporto dell’mRNA dal nucleo al citoplasma è un altro importante punto di controllo. È stato proposto per questa regolazione un modello di ritenzione del complesso di splicing. In questo modello, l’assemblaggio del complesso di splicing su un RNA precursore compete con il trasporto della molecola fuori dal nucleo. Così, durante la rimozione degli introni, il complesso di splicing serve a mantenere l’RNA nel nucleo, ma, quando tutti gli introni sono stati rimossi e il complesso di splicing si è dissociato, l’RNA libero può interagire con i pori nucleari e uscire dal nucleo.

L’espressione genica viene regolata anche a livello del controllo della traduzione e della degradazione dell’mRNA. Si ritiene che quest’ultimo sia uno dei maggiori punti di controllo nella regolazione dell’espressione genica. È stato dimostrato che caratteristiche strutturali di singoli mRNA sono responsabili dello spettro di cinetiche di degradazione osservate, benché i ruoli precisi di fattori cellulari ed enzimatici non siano ancora stati determinati.

La regolazione a lungo termine è coinvolta nel controllare eventi che attivano e reprimono i geni durante lo sviluppo e il differenziamento. Questi due processi derivano dall’attività genetica differenziale di un genoma che contiene una quantità costante di DNA, piuttosto che da una perdita programmata di informazione genetica.