Trascrizione dei geni per le Proteine
 

Negli eucaryotes, esistono tre classi di RNA polimerasi: I, II and III.

L'RNA polimerasi II (Pol II), e' co involvolta nella trascrizionedi tuti i geni codificanti proteine. La trascrizione della RNA Pol I e Pol III e' stata discussa in precedenza (link).

Iniziazione

La RNA Pol II non contiene subunita' simili ai fattori dei procarioti, che possono riconoscere il promoter e srotolare la doppia elica del DNA. Negli eucarioti, queste due funzioni sono associate ad un set di proteinechiamate fattori generali della trascrizione (general transcription factors). La RNA Pol II e' associat a a sei  fattori generali della trascrizione, chiamati TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF and TFIIH, dove "TF" sta per "transcription factor" end "II" per la RNA Pol II (vedi schema).

Il TFIID e' costituito dal TBP (TATA-box binding protein) e dalle TAFs (TBP associated factors). Il ruolo del TBP e' quello di legare il "core" promoter  (vedi schema). Le TAFs possono aiutare il TBP in questo processo. Nelle cellule umane, le TAFs sono formate da 12 subunita'. Una di queste, la TAF250 (con peso molecolare 250 kD), possiede attivita' istone acetil transferasica (histone acetyltransferase activity) che puo' rimuovere il legame tra gli istoni ed il DNA nei nucleosomi.

Il fattore di trascrizione che catalizza la dissociazione della doppia elica del DNA e' il TFIIH. Tuttavia, prima che il TFIIH possa srotolare il DNA, la RNA Pol II con almeno cinque "general transcription factors" (TFIIA non e' indispensabile) devono formare il complesso di pre-inizio [pre-initiation complex (PIC)].

Review: Regulation of gene expression by TBP-associated proteins - Genes and Development, 1998.

Allungamento

After PIC is assembled at the promoter, TFIIH can use its helicase activity to unwind DNA. This requires energy released from ATP hydrolysis. The DNA melting starts from about -10 bp. Then, RNA Pol II uses nucleoside triphosphates (NTPs) to synthesize a RNA transcript. During RNA elongation, TFIIF remains attached to the RNA polymerase, but all of the other transcription factors have dissociated from PIC.

The carboxyl-terminal domain (CTD) of the largest subunit of RNA Pol II is critical for elongation. In the initiation phase, CTD is unphosphorylated, but during elongation it has to be phosphorylated. This domain contains many proline, serine and threonine residues.

Termination

I geni delle proteine degli eucarioti contengono un segnale poly-A  localizzato a valle (downstream) dell'ultimo esone. Il segnale viene usato per aggiungere una serie di residui di adenina durante il processamento dell'RNA. La trascrizione termina spesso a circa 0.5 - 2 kb downstream  dal segnale poly-A, con un meccanismo poco conosciuto.

The role of regulatory transcription factors

Nel 1996 si e' scoperto che alcuni coattivatori trascrizionali possedevano attivita' istone acetiltransferasi (HATs). Dal momento che il legame degli attivatori trascrizionali non e' sufficiente a stimolare la trascrizione, e' evidente che alcuni coattivatori sono necessari. Allo stesso modo, la repressione della trascrizione richiede il legame di un repressore ad un elemento silencer con la partecipazione di un co-repressore. Il ruolo preciso di questi co-attivatori e co-repressori e' stato chiarito recentemente. Negli eucarioti, l'associazione tra DNA ed istoni previene l'accessodella polimerasi e dei "general transcription factors" al promoter. L'acetilazione dell'istone catalizzata dall'HATs  puo' diminuire il legame tra DNA ed istoni. Sebbene una subunita' del TFIID (TAF250) possiede attivita' HAT, la conpartecipazione di altre HATs puo' rendere la trascrizione piu' efficiente. In genere:

Il legame di attivatori ad un elemento enhancer richiama le HATs per diminuire l'associazione tra istoni e DNA, aumentando la trascrizione.

Il legame di un repressore ad un elemento silencer element richiama le deacetilasi degli istoni (chiamate HDs o HDACs) per rendere piu' stringente l'associazione tra istoni eDNA.

Review Article: Orchestrated response: a symphony of transcription factors for gene control - Genes and Development, 2000.

Acetilazione degli istoni

L'Acetilazione di un residuo di lisina nella regione N terminale delle proteine istoniche rimuove una carica positiva, riducendol'affinita' tra istoni e DNA. Questo facilita l'accesso della RNA polimerasi e dei fattori di trascrizione alla regione promoter. Percio' in moltio casi l'acetilazione degli istoni aumenta la trascrizione mentre la deacetilazione reprime la trascrizione.

Molte forme di HATs e HDs sono state identificate. tra queste, il CBP/p300 e' probabilmente il piu' importante, dal momento che puo' interagire con numerosi regilatori trascrizionali.

Corepressori

da: LES J. BURKE and ARIA BANIAHMAD1 Co-repressors 2000 The FASEB Journal. 2000;14:1876-1888 © 2000 FASEB

Review Articles:
Acetylation: a regulatory modification to rival phosphorylation? - EMBO J., 2000.
Acetylation of Histones and Transcription-Related Factors - Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2000.
Linker histone binding and displacement: versatile mechanism for transcriptional regulation - FASEB J., 2000.
DNA Methylation
Methylation on the DNA's cytosine base is commonly used to repress transcription.
Illustration of three possible mechanisms - Blood, 1999.
DNA Methylation - Blood, 1999.
CpG methylation, chromatin structure and gene silencing - a three-way connection - EMBO J., 1998
Epigenetic gene silencing in cancer - J. Clinical Investigation, 2000.
Competition - a common motif for the imprinting mechanism? - EMBO J., 1997.
Imprinting in the Germ Line - Stem Cells, 2001.
The impact of genomic imprinting for neurobehavioral and developmental disorders - J. Clinical Investigation, 2000.
Beckwith-Wiedemann syndrome: imprinting in clusters revisited - J. Clinical Investigation, 2000.
X-inactivation by chromosomal pairing events - Genes and Development, 1999.
Regulation of X-Chromosome Inactivation in Development in Mice and Humans - Microbiology and Molecular Biology Reviews, 1998.
Chromatin Remodeling
ATP-dependent remodeling and acetylation as regulators of chromatin fluidity - Genes and Development, 1999.
ATP-Dependent Chromatin-Remodeling Complexes - Molecular and Cellular Biology, 2000.
Chromatin Remodeling and Leukemia: New Therapeutic Paradigms - Blood, 1999.