Mappa digitale — Trascrizione negli eucarioti

Legenda & uso

Promotori Fattori di trascrizione RNA prodotti Regolazione Terminazione

Le coordinate (es. -35, +15) indicano la posizione relativa al sito di inizio della trascrizione.

Panoramica generale contesto

Negli eucarioti la trascrizione è più complessa che nei procarioti (eubatteri), per: apparato enzimatico, interazioni proteina–proteina, e sequenze non trascritte regolatrici.
Nei procarioti: unica RNA polimerasi; negli eucarioti: tre RNA polimerasi nucleari distinte.
Negli eucarioti quasi sempre: un gene → un prodotto. Nei procarioti: trascritti policistronici (più geni in un unico mRNA) che cooperano a un’unica funzione.

RNA polimerasi e prodotti trascritti RNA prodotti

RNA polimerasi I (Pol I)

Prodotto: precursore rRNA 45S → maturazione nel nucleolo → 18S, 28S, 5,8S.
Localizzazione: nucleolo.
Promotore: elemento core -35 → +15; elemento a monte (upstream) -150 → -50.
Nota: forte variabilità di sequenza tra specie per questi elementi.

RNA polimerasi II (Pol II)

Prodotti: mRNA; maggior parte degli snRNA; miRNA (18–25 nt).
Fattori generali (GTF): TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH, TFIIJ.
Promotori tipici: TATA box a -30/−25; spesso CAAT box intorno a ~ −80.
Enhancer: sequenze di 50–100 nt, localizzate fino a > −1000 basi a monte; incrementano l’efficienza di trascrizione fino a ~100×.
Promotori TATA-less: privi di TATA box ma comunque riconosciuti da TFIID.

RNA polimerasi III (Pol III)

Prodotti: rRNA 5S, tRNA, alcuni snRNA, e l’unico scRNA noto SRP (Signal Recognition Particle).
Promotori: intragenici (interni al gene), senza TATA/CAAT box.

Piccoli RNA (sRNA) e complessi RNP RNA prodotti

snRNA (small nuclear RNA): coinvolti nello splicing; in gran parte trascritti da Pol II, alcuni da Pol III.
- In nucleo formano snRNP (small nuclear RiboNucleoprotein particles) associandosi a proteine.
snoRNA (small nucleolar RNA): coinvolti nella maturazione degli rRNA; generati da Pol II come risultato dello splicing.
scRNA (small cytoplasmic RNA): ad oggi l’esempio rilevante è SRP, trascritto da Pol III.
miRNA (microRNA, 18–25 nt): regolano l’espressione genica; trascritti principalmente da Pol II.

Fattori generali di trascrizione (GTF) fattori di trascrizione

Ruolo: collaborano con il core enzimatico per: riconoscere promotori, legare saldamente DNA, srotolarlo, e mediare interazioni con altre proteine regolatrici.
Elenco Pol II: TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH, TFIIJ.
TFIID = TBP (TATA-Binding Protein) + TAF (8–12 TBP-Associated Factors).

Promotori e sequenze regolatrici promotori

Promotori Pol I

Elemento core: -35 → +15.
Elemento upstream: -150 → -50.
Variabilità di sequenza fra specie.

Promotori Pol II

TATA box: ricca in A/T, a -30/−25 dal sito di inizio.
CAAT box: spesso presente a ~ −80.
Enhancer: 50–100 nt; posizionati fino a > −1000 basi; aumentano l’efficienza di trascrizione fino a ~100× legando proteine regolatrici.
TATA-less: promotori privi di TATA, ma riconosciuti da TFIID.

Promotori Pol III

Intragenici (interni al gene).
Assenti TATA e CAAT box.

Inizio della trascrizione (Pol II) meccanismo

Passo chiave: TBP (in TFIID) riconosce la TATA box.
Assemblaggio (modello classico): dopo TFIID si legano in sequenza TFIIA e TFIIB.
- TFIIB: può legare un attivatore a monte, direttamente o via coattivatore → induce DNA bending (curvatura essenziale).
Si aggiungono TFIIE/F, TFIIH, TFIIJ e il core di Pol II → unwinding del DNA e inizio della sintesi dell’RNA con idrolisi di ATP.
Modello alternativo recente: al complesso TFIID–TFIIA si unisce il resto delle componenti della Pol II in un’unica tappa.

Riferimenti del testo: “Figura 4.32” (attività Pol II e interazione con Att) e “Figura 4.33” (coattivatore CBP che collega TFIIB e CREB su elementi CRE).

Regolazione: attivatori, coattivatori, segnali regolazione

Attivatori: proteine che riconoscono specifiche sequenze DNA (es. SRE per recettori steroidei; AP1).
Coattivatori: ponte tra attivatori e macchinario trascrizionale (es. CBP, CREB Binding Protein).
Esempio cAMP/CREB: stimolo esterno → sintesi di cAMP → produzione/attivazione di CREB → CREB riconosce CRE (cAMP Responsive Elements) → CREB lega CBP → collegamento a TFIIB → induzione trascrizionale (Figura 4.33).
Combinatorietà: su un singolo sito possono agire più proteine; a monte del promotore possono coesistere più elementi (es. nel gene GnRH: SRE + AP1).
Effetto: modulazione fine della trascrizione (attivazione, accelerazione, rallentamento).

Allungamento (elongation) meccanismo

Dopo l’inizio, le RNA polimerasi eucariotiche procedono senza interruzione aggiungendo ribonucleosidi trifosfati al trascritto nascente.

Terminazione (Pol II) terminazione

Avviene a valle del sito di poliadenilazione.
Il CTD (dominio carbossi-terminale) di Pol II recluta i fattori di taglio (cleavage factors) e i fattori di poliadenilazione (cleavage and polyadenylation factors).
Rilascio dell’mRNA poliadenilato (forma matura).
La porzione residuale del trascritto viene degradata da Rat1.
In alcuni casi: ipotizzato un meccanismo che richiede anche un’attività catalitica dell’RNA stesso (ribozima).

Riferimento del testo: “Figura 4.35”.

Confronto con i procarioti contesto

Procarioti: una sola RNA polimerasi; trascritti spesso policistronici (più ORF in un mRNA).
Eucarioti: tre RNA polimerasi; promotori complessi (TATA, CAAT, enhancer); regolazione combinatoria; in genere monocistronici.

Terminologia essenziale (glossario sintetico)

TATA box: sequenza A/T a -30/−25 per Pol II; legata da TBP.

CAAT box: sequenza regolatrice tipica intorno a ~ −80.

Enhancer: 50–100 nt, anche > −1000 basi; ↑ trascrizione fino a ~100×.

TFIID: complesso TBP + 8–12 TAF.

snRNP: complessi snRNA + proteine per lo splicing.

CTD: coda C-terminale di Pol II che coordina processing (taglio/poliA).

Rat1: esonucleasi che degrada l’RNA residuo dopo il rilascio dell’mRNA poliadenilato.

CRE/CREB/CBP: elementi di risposta al cAMP, il loro legante proteico e il coattivatore ponte.

SRE/AP1: elementi per recettori steroidei e per il fattore AP1.

Riassunto rapido (passaggi fondamentali)

Specificità delle polimerasi: Pol I (45S → 18S/28S/5,8S), Pol II (mRNA, snRNA, miRNA), Pol III (5S, tRNA, SRP; promotori intragenici).
Promotori Pol II: TATA (−30/−25), spesso CAAT (~−80), enhancer (50–100 nt; fino a > −1000; ~100×).
Inizio Pol II: TBP/TFIID → TFIIA/TFIIB (DNA bending via attivatori/coattivatori) → TFIIE/F, TFIIH, TFIIJ, Pol II → ATP.
Regolazione combinatoria: SRE/AP1; CREB + CBP su CRE in risposta a cAMP; esempio gene GnRH con elementi multipli.
Elongazione: aggiunta continua di rNTP.
Terminazione Pol II: a valle del sito poliA; CTD coordina taglio/poliA; rilascio mRNA maturo; degradazione residuo con Rat1; talvolta attività ribozima.
Differenza chiave: eucarioti ≈ monocistronici; procarioti ≈ policistronici.