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La condensazione della cromatina durante l�interfase può essere dinamica.

Alcuni geni sono (o sono resi in particolari condizioni) più accessibili alle proteine che trascrivono il DNA.

CIÒ AVVIENE CON MODIFICAZIONI A CARICO DELLE CODE ISTONICHE CHE RENDONO QUESTE PROTEINE PIÙ O MENO AFFINI PER IL DNA.

Le code N-terminali dei 4 istoni dell�ottamero sono altamente conservate e svolgono funzioni cruciali nella regolazione della struttura della cromatina. Ciascuna coda è soggetta a diverse modifiche covalenti tra cui metilazione e acetilazione delle lisine Queste modifiche sono aggiunte o rimosse reversibilmente da enzimi presenti nel nucleo. T r a q u e s t e , u n a m o d i f i c a i m p o r t a n t e è l ’ A C E T I L A Z I O N E – D E A C E T I L A Z I O N E ; modificando in questo modo la struttura della cromatina e quindi l�accessibilità a proteine specifiche

RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA

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RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA: Acetilazione

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I 20 AMMINOACIDI PIU� COMUNI

Istone acetiltrasferasi (HAT)- Istone deacetilasi (HDAC)

L’enzima istone acetiltrasferasi (HAT) dirige l’acetilazione (aggiunta del gruppo acetile CH3CO) al gruppo ε-amminico di uno o più residui di lisina degli istoni. Questa reazione riduce la carica positiva totale degli istoni e porta ad una minore affinità delle code istoniche per il DNA carico negativamente. L’istone deacetilasi (HDAC) catalizza la rimozione dei gruppi acetile da lisine in prossimità della regione N-terminale degli istoni, bilanciando l’azione di HAT. Il modello attuale di controllo prevede che lo stato di acetilazione dei residui di lisina fornisca una superficie specifica di legame che può servire a reclutare repressori o attivatori della trascrizione genica, a seconda dello specifico contesto.

RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA: Acetilazione

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La famiglia delle sirtuine: deacetilasi NAD+ dipendenti coinvolti nel silenziamento genico

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Il gene Sir2 (Silent information regulator 2), da cui deriva il nome dell’intera famiglia, è stato uno dei primi geni della longevita ad essere identificato negli organismi inferiori (come il nematode C. elegans). Nei mammiferi sono stati identificati sette geni appartenenti a questa famiglia (SIRT1-7). In particolare, il gene omologo a Sir2 è il SIRT1 (Sir2 homolog 1). Esso codifica per la proteina Sirt1, in grado di deacetilare proteine nucleari e citoplasmatiche che controllano processi cellulari critici, come l’apoptosi e il metabolismo. SIRT1 regola la produzione di insulina e glucosio, il metabolismo lipidico e la sopravvivenza cellulare, da cui la speculazione che le sirtuine possano mediare gli effetti della restrizione calorica nei mammiferi (Cohen, Miller et al., 2004). Il potenziale ruolo antiaging del gene Sir2, identificato per i lieviti, sembra essere valido anche per i mammiferi con meccanismi piu complessi. Dunque, la restrizione calorica promuove la sopravvivenza cellulare mediante induzione della deacetilasi Sirt1.

Cellular Repair and Reversal of Aging: the Role of NAD CellR4 2014; 2 (2): e852

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Cellular Repair and Reversal of Aging: the Role of NAD CellR4 2014; 2 (2): e852


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SILENZIAMENTO DEI TELOMERI

RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA: Metilazione del DNA

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QUALI REGIONI DEL DNA SONO BERSAGLIO DELLA METILAZIONE?

Le isole CpG

RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA: Metilazione del DNA

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DNA METHYLATION

Hypomethylation Hypermethylation

NATURAL ROLES OF DNA METHYLATION IN MAMMALIAN

SYSTEM

Ø  Imprinting

Ø  X chromosome inactivation

Ø  Heterochromatin maintenance

Ø  Developmental controls

Ø  Tissue specific expression controls

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EPIGENETICA: Aceti lazione e altre modifiche istoniche e metilazione del DNA. Si tratta di modifiche della cromatina che non comportano cambiamenti nella sequenza di basi del DNA. Acetilazione degli istoni e altre modifiche istoniche e metilazione del DNA modificano la struttura della cromatina e possono REGOLARE L�ESPRESSIONE DEI GENI MEDIANTE: MECCANISMI EPIGENETICI

GENE: Ogni regione del DNA capace di sintetizzare una molecola funzionale di RNA.

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Nature 2004;429:457-73

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Monozygous twins share a common genotype and are genetically identical

There is significant phenotypic discordance: Ø Mental disorders Ø Cancer

EPIGENETICS AND MONOZYGOUS TWINS

Age Dependent Epigenetic differences in Monozygotic (MZ) twins

EPIGENETICS AND MONOZYGOUS TWINS

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DNA Is Not Destiny : The new science of epigenetics rewrites the rules of disease, heredity, and identity.

EPIGENETICS

Epigenetics stands at the center of modern medicine because epigenetic changes, unlike D N A s e q u e n c e which is the same in every cell, can occur as a result of dietary and other e n v i r o n m e n t a l exposure

EPIGENETICS

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EPIGENETICS

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FARMACI EPIGENETICI

L�epigenetica è già applicata ad alcuni tipi di tumore con due farmaci già approvati dall�FDA (Food and Drug Administration). Uno è un agente demetilante impiegato per la cura di particolari sottotipi di leucemia. L�altro è un inibitore della deacetilasi degli istoni per i linfomi cutanei. Ma in futuro potrà essere usata per la cura di altri tumori. Questi farmaci derivati dall�epigenetica hanno meno effetti collaterali rispetto alla chemioterapia classica e riducono anche il rischio di metastasi.

21/11/20 Replicazione del DNA

BIOTECNOLOGIE

REPLICAZIONE DEL DNA

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Ognuno dei frammenti di DNA agisce da stampo

Ogni frammento contiene una sequenza nucleotidica complementare a quella del filamento opposto.


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Replicazione del DNA Si ottengono 2 doppie eliche complete identiche alle precedenti (salvo errori comunque rarissimi).

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La replicazione del DNA è

semiconservativa

E� costituito da un�elica-madre e da un�elica-figlia di nuova sintesi.


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Replicazione dei cromosomi La duplicazione dei cromosomi avviene durante la FASE S DEL CICLO CELLULARE. Lungo il DNA esistono molte sequenze dette ORIGINI DELLA REPLICAZIONE (con l�aiuto di PROTEINE INIZIATRICI) da ciascuna delle quali hanno inizio DUE F O R C E L L E D I R E P L I C A Z I O N E c h e procedono, in senso opposto, alla velocità di 500 nucleotidi/sec. nei batteri e 50 nucleotidi/sec. nei mammiferi.



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Una molecola di DNA umano (CROMOSOMA UMANO) contiene circa 150 milioni di coppie di basi. Quindi, poiché il tempo per replicare ogni singola base è 1sec/50 (0,02 sec) per la replicazione complessiva occorrerebbero: 0,02 x 150 x 106 = 3 x 106 sec. (800 ore)


Invece la replicazione avviene in un tempo molto più breve. Si pensa che si completi tutta in un�ora. Allora come mai la fase S dura 8 ore in una cellula animale? E� molto probabile che durante la fase S si attivino varie unità di replicazione (da 20 a 80) anche se non tutte simultaneamente. Le origini della replicazione si trovano a intervalli di 30-300 mila coppie di basi. Una forcella si arresta quando ne incontra un�altra che procede in senso opposto.


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A differenza delle altre proteine (che vengono sintetizzate nell�interfase) gli istoni sono sintetizzati nello stadio S perché in questa fase viene trascritta una grande quantità di mRNA istonico. Il DNA viene replicato tutto, una sola volta e solo nello stadio S; ciò sarebbe assicurato da un blocco di replicazione (di natura ignota) che ha lo scopo d�impedire che si compiano ulteriori cicli di replicazione e per assicurare che ogni regione di replicazione del cromosoma si replichi una sola volta durante lo stadio S; esso viene rimosso in prossimità della mitosi.


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Meccanismi di replicazione del DNA Le due eliche si devono separare e ognuna deve fungere da stampo in modo che le basi complementari (A con T; G con C) vengano allineate per essere polimerizzate enzimaticamente in una nuova catena di acido nucleico. La duplicazione avviene ad opera della DNA-polimerasi che catalizza l�addizione di un deossiribonucleotide all�estremità 3�-0H di una catena polinucleotidica in modo che la sintesi della nuova catena avvenga solo in direzione: 5’ --> 3’



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Forcella di replicazione

Per poter avvenire la duplicazione del DNA é necessario che le due eliche si aprano a formare una forcella. Poiché la DNA-polimerasi NON é capace di catalizzare la sintesi del DNA in direzione 3�--> 5� ma SOLO in direzione 5�--> 3� ne consegue che la forcella di duplicazione ha una struttura asimmetrica nella quale un filamento viene sintetizzato in maniera continua e costituisce il filamento guida, mentre l�altro viene sintetizzato a frammenti (frammenti di Okazaki, di 1000-2000 nucleotidi) ed é detto filamento lento.


La DNA polimerasi non può funzionare senza un innesco. Come innesco le cellule usano brevi t r a t t i d i i n n e s c h i ( p r i m e r s ) d i R N A sintetizzati dall�enzima primasi.

Sintetizzati i frammenti di Okazaki l�RNA viene degradato e sostituito con DNA da un�altra DNA polimerasi. La DNA ligasi poi, unisce i vari pezzi


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Per duplicare il DNA in realtà occorrono molte altre proteine ad es. la DNA ELICASI che separa i due filamenti e LE PROTEINE LEGANTI IL FILAMENTO SINGOLO che lo mantengono aperto. Si pensa che tutte queste proteine siano associate in un grande complesso chiamato REPLISOMA.



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Il DNA viene copiato con u n a f e d e l t à q u a s i assoluta: con un errore ogni 109 basi (l�intero genoma é di 3 x 109 coppie di basi). La DNA polimerasi ha u n s i s t e m a e s o n u c l e a s i c o �correttore di bozze� molto eff ic iente che provvede ad eliminare t u t t e l e b a s i n o n correttamente appaiate.


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Replicazione del DNA

Primer di RNA Primer di RNA

Rimozione del primer

REPLICAZIONE ALLE ESTREMITA� DEL CROMOSOMA EUCARIOTICO (LINEARE)


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TELOMERASI (1984): i m p e d i s c e l�accorciamento dei telomeri durante la replicazione. I l f a t t o c h e o g n i telomero si accorci ad ogni divisione cellulare e che in presenza della telomerasi, che blocca tale accorciamento, le cellule diventino quasi immortali, ha suggerito che la LUNGHEZZA DEL TELOMERO agisca come o r o l o g i o m i t o t i c o RESPONSABILE DELLA LIMITATA DURATA DELLA VITA della nostra e delle altre specie


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Il modello proposto è più c o m p l e s s o ; s i p a r l a d i REPLICATIVE SENESCENCE e si ha quando una normale cellula si è divisa un certo numero di volte (questo numero varia a seconda del tipo di cellula e dalle condizioni esterne), i telomeri diventano così corti che promuovono la stato di non d i v i s i o n e , l a c e l l u l a è permanentemente bloccata nella fase G1 (quiescenza cellulare). L o s t a t o d i � r e p l i c a t i v e senescence� porta a consistenti cambiamenti nell�espressione genica e questo pattern di disregolazione dell�espressione genica è cellula-tipo specifico.


�Telomere Position effect�

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