Science is a wonderful thing if one does not have to earn one`s living at it.

1. Science is a wonderful thing if one does not have to earn one`s living at it. Albert Einstein

2. La eucariote, unele proteine reglatoare actionează carepresori, inhibând transcrierea. • Aceşti represori se pot lega de secvenţe din promotor sau de secvenţe situate la distanţă, denumite atenuatori, a căror pozitieşi orientare sunt independente ca şi în cazul amplificatorilor. • Spre deosebire de represorii de la bacterii,cea mai mare parte a represorilor de la eucariote nu blochează in mod direct ARNpolimeraza. • Aceşti represori pot concura cu activatoriipentru situsurile de legare de ADN: când un situs este ocupat de un activator, transcrierea este stimulată, dar dacă un represor ocupăacest situs, activarea nu are loc.

3. De asemenea, un represor se poate lega de un situs din apropierea unui situsactivator împiedecându-l pe acesta să vină în contact cu aparatul transcripţional de bază. • Un al treileaposibil mecanism al acţiunii represorului constă în directa interferenţăcu asemblarea aparatul transcripţional de bază,blocând astfel iniţierea transcrierii. Amplificatori (Enhancers) şi izolatori (Insulators) • Amplificatorii sunt capabili sainfluenţeze transcrierea deşi sunt localizaţi la distanţă de promotori.

4. Mai mult, poziţia exactă şi orientarea unui amplificator faţă de promotorpoate varia. • Cum poate un amplificator să influenţeze iniţierea transcrieriidacă este localizat la o distanţă de zeci de mii de baze de promotor? • Mecanismul de actiune a multor amplificatorinu este cunoscut, dar dovezile sugerează că, în unelecazuri proteine activatoare se leagă de amplificatori şi fac caADN-ul dintre amplificator şi promotor să facă o buclă. • Cea mai mare parte a amplificatorilor sunt capabili să stimuleze orice promotordin vecinătatea lor.

6. Efectele lor sunt însă limitatedeizolatori (denumiţi şi elemente limitatoare), care sunt secvenţe de ADNcare blochează sau izolează de efectul amplificatorilor într-unmod dependent de pozitie. • Dacă izolatoruleste localizat între amplificator şi promotor, elblochează acţiunea amplificatorului. • Dacă izolatoruleste localizat înafara regiunii dintre cei doi, nu are efect. • De izolatori se leagă proteine specifice ce contribuie la blocarea activităţii lor, dar nu se cunoaşte modul exact în care această interacţiune are loc.

7. Un izolator blocheazăacţiiunea unui amplificator atunci cândeste localizat între amplificator şipromotor.

8. În concluzie: • Unele proteine activatoare se leagă de amplificatori, care sunt elemente reglatoare localizate la distanţă de gena a cărei transcriere o stimulează. • Izolatorii sunt secvenţe de ADN care blochează acţiunea amplificatorilor.

9. Reglarea coordonată a genelor • Deşi, în celulele eucariote genele nu sunt grupate în operoni, unele gene eucariote pot fiactivate de acelaşi stimul. • Multe celule eucariote răspund latemperaturi ridicatesau la alte tipuri de stres producândaşa numitele proteinede şoc termiccare le ajută să reducă efecteleunor agenţi de stres. • Proteinelede şoc termicsunt produse de aproximativ20 de gene diferite. • În timpul stresului ambiental, transcrierea tuturor genelor de şoc termic este crescută considerabil.

10. Grupuri de gene bacteriene sunt adesea exprimate în mod coordonat (activate sau oprite deodată) deoarece sunt situate alăturat pe cromozom şi au un singur promotor, în timp ce geneleexprimatecoordonat în cellulele eucariote nu sunt grupate în operoni. • Cum este posibilca transcrierea genelor eucariote să fie reglată coordonat dacă ele nu sunt organizateîn operoni? • În celulele eucariote, genele exprimate coordonat sunt capabile să răspundă la acelaşi stimul deoarece ausecvenţereglatoare similare în promotorii sau amplificatorii lor. • Diferite gene de şoc termic de la eucariote au acelaşi element reglator în amonte de situsul de start.

11. O proteină activatoare a transcrierii se leagă de acest element reglatorîn timpul stresului şi creşte nivelul transcrierii. • O astfelde secvenţă reglatoaredeADN senumeşteelement de răspuns. • De obicei conţin o scurtă secvenţă de consens la o distanţă variabilă de gena reglată. • O singură genă eucariotăpoate fi reglatădecâteva elementede răspunsdiferite. • Genele pentru metalotionine protejeazăcelulele de toxicitatea metalelor grele prin codificarea unor proteinecare se leagă de metalele grele şi le îndepărtează din celulă.

12. Aparatul transcripţional de bazăse adună în jurulcasetei TATA, chiar în amontede startul transcrierii genelor pentru metalotionine, dar aparatulsingureste capabil doar de o ratăscăzută de transcriere. • Prezenţa metalelor grelecreştefoarte mult ratade transcriere.

13. În regiunea din amonte a genei metalotioninelor se găsesc elemente de răspuns la metale (MREs). • Aparatul transcripţional de bazăse leagă în apropierea casetei(TATA box). • Ca răspuns la metale grele, proteinele activatoarese leagă de câteva elements MRE şi stimulează transcrierea. • Elementul de răspuns TRE este situsul de legarepentru factorul de transcriere AP1. • Ca răspuns la hormonii glucocorticoizi, receptorii steroizise leagă de elementul de răspuns GRE localizatla aproximativ 250 nucleotide în amontede gena metalotionineişi stimulează transcrierea.

15. Acest exemplu ilustrează o trăsătură comună a reglajului transcripţional în celula eucariotă. • O singură genăpoate fi activatăprincâteva elemente de răspuns diferite, atât în promotoricâtşi în amplificatori. • Elementelemultiple de răspuns permit unei gene să fie activatăde diferiţi stimuli. • Prezenţaaceluiaşi element de răspuns în diferite gene permiteunui singur stimul să activezemai multe gene. • Astfel, elementele de răspuns permit răspunsuri biochimice complexeîn celulele eucariote.

16. Reglajul geneticprin procesarea ARN mesager • Splicingul alternativ permite unui ARNm precursor să fie maturat înmultiple moduri, generând proteine diferite îndiferite ţesuturisau în diferite momente ale dezvoltării. • Numeroase gene eucarioesunt supuse unui splicingalternativ, iar reglarea splicinguluieste probabilo importantăcalede control a expresiei genelorîn celulele eucariote. • GenaT-antigende la virusul SV40 reprezintăun example pentru splicing alternativ. • Această genăeste capabilăsă codificedouă proteine diferite, antigenul T mare şi antigenultmic. • Caredintre cele două proteineeste produsă depindede caredincele două situsuri de splicingsunt utilizate în procesareaARNnpercursor.

19. O proteină denumită factorul 2 de splicing (SF2) creşte producţia de ARNm ce codifică antigenul t mic. • SF2 are două domenii: unulesteo regiune de legare a ARN iar cealaltă are o alternanţă de serinăşi arginină. • Aceste două domeniisuntcaracteristicepentruproteinele SR, care joacă adesea un rol în reglarea splicingului. • SF2 stimuleazălegarea snRNP la capătul 5’ al situsului de splicing, la începutul procesului de procesare aARNm. • Mecanismul precis prin care proteinele SR influenţează alegerea situsului de splicing estedeocamdată, puţin înţeles.

20. Un alt exemplu de splicing alternativ al ARNm este întâlnit în reglarea expresiei genelor care controlează dacă o musculiţă de oţetva deveni mascul sau femală. • DiferenţiereasexelorlaDrosophila rezultăca urmare a unei cascade de evenimente ce implică reglaj genetic. • Când raportul între cromozomii sexulul Xşi numărul seturilor haploidede autozomi (raportul X/A) este 1, în perioada de început a dezvoltării este activat unpromotor specific femeleişi se stimuleazăastfel transcriereaunei genesex-letale(Sxl). • Proteina codificatăde genaSxl reglează splicingulARNm precursor transcrisde pe genadenumitătransformer (tra).

21. Splicingul ARNm precursor pentru gena tra duce laproducerea proteinei Tra. • Împreună cu o altă proteină (Tra-2), Tra stimuleazăun splicing specificfemelelorpentru un ARNm precursoral unei alte gene denumitădoublesex (dsx). • Acest eveniment determină producerea unei proteinespecifice femelei(Dsx), care face ca embrionulsă dezvolte caracteristicile femelei. • În embrionii masculi, care auun raport X/A de 0.5, promotorul geneiSxl este inactiv şi astfel nu se produce proteina Sxl.

23. In absenţa proteinei Sxl, ARNm precursor al proteinei Tra este procesat la un alt situs 3’ de splicingşi se produce o formă nefuncţională a proteinei Tra. • In schimb, prezenţaaceste proteine Tra nefunctionalela masculiface ca ARNm precursor pentru Dsx să fie procesat într-un mod diferitşiva fi produsă o proteină Dsx specifică masculilor. • Acest eveniment determină dezvoltareacaracterelor specificemasculilor.

24. In concluzie, proteinele Tra, Tra-2 şi Sxl regleazăsplicingulalternativ care produce fenotipurile mascule sau femele la Drosophila. • Exact cumaceste proteine reglează splicingul alternativ nueste încă înţeles, dar e posibilca proteina Sxl (produsănumaiîn femele) să blocheze situsul de splicingdin amonte de pe ARNm al genei tra. • Acest blocajar forţa spliceosomulsă utilizezesitusul de splicing din aval, fapt ceduce la producereade proteină Tra şiînfinal vor resultacaracteristici proprii femelelor.

26. Reglajul exprimării genelor prin stabilitateaARNm • Cantitatea de proteină care este sintetizată depinde decantitatea de ARNm corespunzător disponibil pentru traducere. • Cantitatea deARNm disponibilă, depindeatât de rata sintezei deARNmcât şi de rata degradăriiARNm. • ARNm de la eucarioteeste în general mai stabil decât ARNm bacterina cărui viaţă este de doar câteva minute. • Oricum, există o mare variabilitateîn ce priveşte stabilitateaARNm eucariotic : unele tipuri persistădoar câteva minute; altele persistă ore, zile, sauchiarluni.

27. Aceste variaţii pot duce la mari diferenţe în ceea ce priveşte cantitatea de proteină ce va fi sintetizată. • ARN celular este degradatde către ribonucleaze, enzime care sunt specifice pentrutăiereaARN. • Cele mai multe celule eucariote conţin 10 sau mai multe tipuride ribonucleaze, şi existăcâteva căi diferitede degradare a ARNm. • In una din căi, capătul 5’ esteindepărtat iniţial, după care sunt îndepărtate nucleotidele pe direcţia 5’→3’. • O a doua cale începe la capătul 3’ al ARNmşiîndepărtează nucleotide în the direcţia 3’→5’. • O a treia caleconstă în tăierea ARNm la situsuri interne

28. Degradarea ARN mesager de la capătul 5’ este cel mai frecvent întâlnită şi începe cu îndepărtarea capătului 5’. • Această cale este, de obicei, precedatădescurtarea cozii poly(A). • Proteinelecare se leagă de coada Poly(A) (PABPs) contribuie la creşterea stabilităţii ei. • Prezenţaacestor proteinela capătul 3’ a ARNm protejează capătul 5’. • Când coada poly(A) a fost scurtatăsub limita critică,capătul 5’ este îndepărtat, şi nucleazele degradează apoiARNmprin îndepărtarea nucleotidelorde la capătul 5’.

29. Aceste observaţii sugerează faptul că extremitatea 5’ şi coadapoly(A) de la capătul 3’ al ARNm eucariot interacţionează fizic, cel mai probabil prin aceea că coada poly(A) este în vecinătate astfel încât PABPs vin în contact cu capătul 5’. • Alte părţiale ARNmde la eucariote, precum secvenţeledin regiunea 5’ UTR, regiunea codificatoare, şi regiunea 3’ UTR, afectează şi ele stabilitateaARNm. • Coada poly(A) este adăugatăla capătul 3’ al unor ARNmde la bacterii, dareste mai scurtădecât cea a ARNm de la eucarioteşi are efect opus. • Se parecă destabilizeazăcea mai mare parte a ARNm procariot.

30. Interferenţa ARN (RNA Silencing) • Date recente indică faptul că exprimarea unor genepoate fi suprimată prin RNA silencing, fenomen cunoscut şi sub numele deinterferenţa ARN şi inactivarea posttranscripţională a genei. • Deşi multe detaliiale acestui mecanism sunt încă insuficient cunoscute, se pare că este frecvent întâlnit la fungi, planteşi animale. • Se pare că pe această cale poate fi reglată în mod artificial exprimarea genelorîn organismele modificate genetic.

31. RNA silencing este iniţiată de prezenţa unui ARN bicatenar care poate apărea pe mai multe căi: • Prin transcriereaunor secvenţe invers repetate dinADN intr-o a singură moleculă de ARNcare are porţiunide baze ce complementare ce pot stabili punţi de H între ele. • Prin transcrierea simultanăa două molecule diferite deARN care sunt complementareuna celeilalte şi stabilesc legături prin punţi de H. • Prin replicareavirusurilor cu ARN dublu-catenar.

32. LaDrosophila, o enzimă numită Dicer taie şi proceseazămolecula dublu-catenară de ARN producând porţiuni mici de ARNmono-catenar cu lungimi de la 21 la25 nucleotide. • Acestesmall interfering RNAs (siRNAs) se vor îmerecheacu secvenţe complementaredinARNmşi vor atrageun complex ARN-proteinecaretaieARNm aproximativîn mijlocul siRNA legat. • Dupătăiere, ARNmeste degradat mai departe.

33. In nucleu, siRNA serveşte ca ghid pentru metilarea secvenţelor complementare din ADN, proces care afectează transcrierea. • Unele molecule deARNproduse prin tăierea ARN dublu-catenarse leagă de secvenţe complementareîn regiunea 3’ UTR aARNmşi blocheazătraducerea lor. • Se crede că ARN silencing a evoluatca un mijloc de apărareîmpotriva virusurilor cu ARN şi a elementelor transpozabile careutilizează unARN intermediar. • Măsura în care el contribuiela reglarea exprimării geneloresteîncă neclară, dar s-au identificat efecte fenotipice dramaticeca urmare a unor mutaţiice aparîn genele codificatoare ale unor enzime ce intervin în RNA silencing.

35. Reglajul genetic la nivel posttranslaţional • Ribozomii, aminoacil ARNt, factori de iniţiereşi factori de elongaresunt cu toţii necesari pentru tranducereaunei molecule deARNm. • Prezenţa şi cantitatea acestor componente afectează rata of traduceriişi deci influenţează exprimarea genelor. • InitiereatraduceriiunorARNmeste reglatăde proteinecare se leagă deporţiunea 5’ UTR a ARNmşi inhibălegarea de ribozomi. • Această inhibareeste similarăcăii prin care proteinele represoarese leagă de operatorişiblochează transcrierea genelor structurale.

36. Numeroase proteine eucariotesuntputernic modificatedupă traducereprin tăieri selectiveşieliminarea aminoacizilorde la capete, sau prin adăugareaunor grupărifosfat, carboxil, metil sau a carbohidratilor. • Aceste modificări afectează transportul, funcţia şi activitatea proteinelorşi au capacitateade a afectaexprimarea genelor.