LA TRASCRIZIONE GENICA

La trascrizione genica avviene in direzione 5´ > 3´. Normalmente uno solo dei due filamenti di DNA svolge da stampo. Il filamento di DNA che fa da stampo è il filamento anti-senso, quello che non funge da stampo è il filamento con senso. Nel riportare le sequenze geniche si usa riportare solo il filamento con senso.

Per sintetizzare le differenti classi di RNA sono necessarie tre diverse RNA polimerasi. La grande maggioranza dei geni codificanti per polipeptidi viene trascritta dalla RNA polimerasi II. Ai trascritti di questo enzima viene applicato un cappuccio (cap, costituito da un nucleoside metilate: il 7-metilguanosinatrifosfato, m7G) e una coda di poli(A). È facile sapere dove finisce il trascritto delle RNApol I e III, ma non è facile sapere dove termina quello della RNApol II, perchè esso è modificato da processi post-trascrizionali. Il taglio avviene di solito 15-30 nt a valle della sequenza di poliadenilazione AAUAAA (o AUUAAA), ma il trascritto primario della RNApol II può continuare anche per centinaia o migliaia di nucleotidi. Una volta avvenuto il taglio, la poli(A)pol aggiunge una sequenza di circa 200 residui di acido adenilico (AMP), formando così una coda di poliA. La trascrizione non può iniziare da sola: è necessaria l’interazione di elementi che agiscono in cis e in trans. I fattori di trascrizione (TF, transcription factors) agiscono in trans (perché sono sintetizzati da geni localizzati anche a notevole distanza), mentre le sequenze di riconoscimento per tali TF si trovano in cis rispetto alla sequenza con senso. I principali elementi che agiscono in cis sono:

• Promotori, che includono:

- La TATA box, a circa -25 basi dall’inizio dell trascrizione (e non della traduzione!)

- La CG box, presente in molti geni, compresi quelli senza una TATA box. Sembra funzionare con entrambi gli orientamenti

- La CAAT box, spesso localizzata in posizione -80. Anche questa sembra in grado di funzionare con entrambi gli orientamenti

• Enhancer e silenziatori, spesso a distanza considerevole dall’inizio della trascrizione.

Il loro funzionamento è indipendente dall’orientamento. I diversi tipi cellulari esprimono quantità e tipi diversi di geni. Le cellule del cervello esprimono diversi un gran numero di geni. Anche gli introni vengono trascritti in RNA (trascritto primario)! L’RNA va incontro a splicing solo successivamente. Gli introni inziano con GT e finiscono con AG (introni GT-AG, i più diffusi). Questi dinucleotidi, tuttavia, non sono sufficienti da soli a segnalare la presenza di un introne e possono essere preceduti o seguiti da sequenze esoniche o introniche che fungono da enhancer o silenziatrici dello splicing.

Esistono anche introni AT-AC, molto più rari degli introni GU-AG (p.20).

Unità di trascrizione policistroniche

Nell’uomo, il genoma mitocondriale e  i principali raggruppamenti gi geni per l’rRNA costituiscono esempi di unità policistroniche (= multigeniche): la trascrizione si continua da una gene con l’altro dando luogo a un prodotto proteico finale che viene poi tagliato pproducendo più proteine. La catena alfa e beta dell’insulina umana costituiscono un esempio di unità di trascrizione bicistronica, ma esistono altri esempi di continuità trascrizionale fra geni che codificano per protti proteici del tutto diversi.

Processamento alternativo di singoli geni

La scoperta che possono esistere trascritti alternativi di un singolo gene ha portato a mettere in dubbio la definizione classica di gene e a ipotizzare che essi possano spiegare l’enorme differenza tra organismi semplici e organismi complessi che, da dal punto di vista del semplice numerio di geni, È molto limitata (Drosophila e l’uomo hanno rispettivamente 0,7 e 1,5 volte il numero di geni i C.elegans, un verme lungo 1mm).

Si possono avere trascritti alternativi come conseguenza di diversi processi:

1. Uso di promotori alternativi

2. Splicing alternativo: almeno il 50% dei geni umani (ma forse più) subiscono splicing alternativo. Tale fenomeno può produrre combinazioni alternative di esoni codificanti, esoni non-codificanti e varianti di lunghezza degli esoni.  Lo splicing alternativo può creare isoforme alternative della proteina o differenze neel sequenze non tradotte (modificando ad esempio la 5’UTR o la 3’UTR e i siti di poliadenilazione). Non è ben chiaro cosa regoli lo splicing alternativo, ma si pensa possa trattarsi di proteine che si legano all’RNA (appartenenti alla famiglia SR, così detta perche queste proteine contenogno oparecchi dipeptidi serina(S)-arginina(R)) e alcune proteine HnRNP. Queste proteine si legherebbero a sequenze di regolazione che possono far aumentare il riconoscimento dei siti displicing.

3. Poliadenilazione alternativa: esistono siti di poliadenilazione alternativa nella 3’UTR. I trascritti frutto della poliadenilazione alternativa possono presentare specificità di tessuto.

4. Correzione dell’RNA: si tratta di un fenomeno documentato con maggior frequenza nei non-mammiferi, caratterizzato per lo più da inserzione o delezione di basi. Nei mammiferi, in rari casi, è stata documentata la correzione dell’RNA per sostituzione di basi.

L’espressione differenziale dei geni, non potendosi spiegare a livello di DNA (poichè la sua sequenza è praticamente identica in tutte le cellule), pare possa essere dovuta a meccanismi epigenetici, quali la mentilazione del DNA.