C. REGLAREA EXPRESIEI GENELOR- informaia genetic - aceeai n toate celulele organismului uman mitoze succesive dintr-un zigot; - expresia genelor diferit: unele - exprimate permanent n toate tipurile de celule (genele comune); un numr mare - exprimate doar n anumite esuturi / pe perioade de timp limitate; altele - complet i permanent inactivate. Aceste fenomene mecanismelor complexe de control al expresiei genelor:- acioneaz n fiecare etap a exprimrii genelor- cuprind factori genetici i negenetici (epigenetici).

Reglarea epigenetic (pretranscripional) a expresiei genelor - scop: expresia genelor n anumite organe, esuturi, tipuri de celule / celule individuale (organizarea lor spaial):- n celulele embrionare difereniate sunt selectate anumite gene (se vor exprima i la descendenii lor) modificarea structurii cromatinei (mai ales prin mecanisme epigenetice)(pentru transcrierea genei accesul factorilor reglatori la promotorul genei) - modificarea structurii cromatinei (eucromatin): - reversibil, transmisibil ereditar.

a) Modificrile histonelor: metilarea - Lyz 4 din structura histonei H3 activarea expresiei genelor, - Lyz 9 din structura histonei H3 diminu expresia genelor; acetilarea histonelor relaxarea cromatinei activarea transcripiei genelor. heterocromatina - puternic condensat fixarea strns a histonei H1 eucromatina - mai relaxat acetilarea histonelor nucleozomale.

b) Metilarea ADN: = introducerea gruprii CH3 ( ADN-metiltransferaz) n poziia 5 a C secvenelor CG i GC (din promotorul majoritii genelor);= cel mai important mecanism de represie a transcripiei. imediat dup fecundare - activare gene prin demetilarea ambelor genomuri parentale relaxarea cromatinei activarea genelor necesare dezvoltrii embrionare precoce;

pe msura diferenierii celulare inactivarea selectiv a unora dintre gene.- determin i amprentarea genomic = exprimarea difereniat a unei gene n funcie de originea ei (matern / patern);3) trecerea temporar de la configuraia B la forma Z a ADN unor gene

2. Reglarea transcripional - n toate celulele - cea mai important: reglarea iniierii transcripiei (reglarea activitii ARN-polimerazei II);- necesit interaciunea factorilor de transcripie cu secvene specifice de ADN gene specifice sunt transcrise ntr-un anumit moment.

1) Secvenele specifice de ADN (cis-reglatoare) = secvene scurte de ADN la care se fixeaz FT specifici ARN-polimeraza recunoate gena transcripia este reglat n funcie de necesitile celulare.

unele secvene - localizare precis: promotorul genei (TATA, CAAT, GC);alte secvene - situate n amonte: confer genelor specificitate tisular. secvenele care regleaz intensitatea transcripiei (activatori, atenuatori) - localizare variabil.

n urma fixrii FT decondensarea cromatinei ataarea ARN-polimerazeilng SIT declanarea transcrierii.

1. domeniul de activare - activeaz transcrierea;2. domeniul de fixare la ADN:- are o structur particular de aminoacizi ce formeaz un motiv structural mai multe tipuri de FT:

Proteine helix-bucl-helix (helix-loop- helix) - domeniul de fixare este format din dou -helixuri separate printr-o bucl scurt;- la FT care stimuleaz sinteza de Ig.2) Factorii de transcripie (transcription factors)

= proteine trans-reglatoare care recunosc i se leag de secvenele cis-reglatoare ale ADN;- transcrierea unei gene umane - necesit interaciunea mai multor FT conin 2 domenii:

Proteine cu degete de zinc (zinc finger):- aminoacizii se dispun n spaiu sub forma unor degete de mnu, la baza crora se fixeaz un ion de zinc (Zn2+) (cel mai frecvent de Cis sau His); - n structura FT ai promotorului genelor menajere.

Proteine cu fermoar de leucine (leucine zipper): = proteine dimerice: - fiecare monomer (-helix), conine cte o Leu la fiecare 7 aminoacizi; - cele dou helixuri interacioneaz strns (ca un fermoar), mai ales prin legturi ntre leucine; - la unele protooncogene.

Factorii de transcripie - codificai de gene reglatoare (master genes / selector genes), situate aproape / la distan mare (40.000 pb) de genele pe care le controleaz.

3) Promotori alternativi- unele gene umane - doi / mai muli promotori;- folosire alternativ diferite izoforme ale unei proteine, cu proprieti diferite;- alegerea promotorilor nu se face la ntmplare, ci prin aciunea FT (unii specific tisulari);- ex. gena distrofinei - cel puin 8 promotori: 4 sunt situai n regiunea 5:- folosesc un prim exon diferit 4 izoforme de distrofin (diferite prin captul N-terminal);- specifici pentru cortexul cerebral, cerebel, muchi, limfocite; 4 sunt intragenici (cadrul de citire):- folosesc numai o parte din exoni izoforme mici de distrofin;- specifici pentru retin, celulele Schwann, rinichi.

3. Reglarea postranscripional Dup transcripie, reglarea expresiei genelor = modificarea calitativ / cantitativ a ARNm:

(1) n procesul de matisare exonii sunt reunii (de cele mai multe ori) n ordinea n care sunt dispui n gene = matisare constitutiv (constitutive splicing)

la numeroase gene umane: din ARNm precursor sunt eliminai att intronii, ct i o parte din exoni moleculele de ARN matur conin doar anumii exoni (pstreaz ordinea n care sunt dispui n gen) = matisare alternativ (alternative splicing) dintr-un transcript primar se formeaz molecule diferite de ARNm matur o gen poate determina sinteza mai multor proteine diferite: uneori aceste proteine sunt izoforme (funcii similare);

alteori se produc proteine complet diferite ca structur i funcie:- ex. gena calcitoninei produce: n celulele C din glanda tiroid - calcitonina (hormon cu rol n reglarea metabolismului fosfo-calcic); n hipotalamus - un peptid nrudit cu calcitonina (calcitonin- related peptide) (cu funcii neuro-modulatoare i trofice).

(2) Amestecarea exonilor (exon shuffling)= ARNm matur conine toi exonii, dar ntr-o ordine diferit fa de gen din aceeai gen proteine cu structuri i funcii diferite.

(3) Editarea ARN (RNA editing) = deleia, inseria / substituia unui nucleotid (form rar de procesare a ARNm) n esuturi diferite acelai ARNm i modific structura proteine diferite ca lungime.- la om: gena pentru apolipoproteina B: n intestinul subire - codonul 2152 al ARNm pentru apoB nlocuirea C cu U transformarea codon sens n codon stop oprirea translaiei (varianta scurtat transport grsimile de origine alimentar); n ficat, acelai ARNm rmne nemodificat proteina apoB mai lung transport grsimile sintetizate de ctre ficat.

(4) Poliadenilarea alternativ- la genele care conin la nivelul regiunii 3UTR 2/mai multe situsuri poliA (specifice pentru anumite esuturi).

(5) Modificarea stabilitii (duratei de via) a ARNm- durata de via a ARNm depinde de cantitatea acestuia ex.: ARNm histone - stabilitate n timpul replicrii ADN (sinteza histonelor este intens) - stabilitate n alte faze ale CC. ARNm unele protooncogene - stabilitate anormal sintez excesiv a proteinelor corepunztoare.

(6) Modificarea stocajului ARNm- dup transcripie: moleculele de ARNm pot fi stocate n nucleu / citoplasm (mecanism nc necunoscut) unii hormoni rapid a sintezei de proteine prin eliberarea ARN stocat i nu prin stimularea transcripiei.

(7) Intervenia moleculelor de ARN interferentARN interferent (ARNi) - codificat de gene cu localizri cromozomiale diferite, care adopt, dup transcripie, o conformaie dublu catenar sub aciunea unor enzime, ARNi formeaz fragmente scurte, monocatenare, care se pot fixa pe baza complementaritii la moleculele de ARNm.

4. Reglarea translaional (1) Reglarea prin molecule citoplasmatice- ex. reglarea sintezei de feritin (protein care fixeaz i transport Fe2+) n funcie de C% fierului: - C% Fe2+ stimuleaz producerea de feritin i invers.

- n regiunea 5UTR a ARNm al feritinei - un element de rspuns n form de agraf de pr (hairpin) = element de rspuns la fier (IRE - Iron Response Element), pe care se fixeaz un factor de transcripie represor (IRE-binding repressor protein): C% Fe2+ desprinderea proteinei represoare de IRE translaia ARNm al feritinei; n absena Fe2+ represorul rmne fixat pe IRE oprirea temporar a translaiei.

5 UTRE 1E 2 3 UTRE 3ARNmIRE5 3 FT represor (IRE-bindingrepressor protein)

(2) Reglarea prin factori de iniiere ai translaieiFactorii de iniiere - IF 1-6 (initiation factors) - intervin n diferitele etape ale translaiei:ex: fosforilarea IF-2 (oc termic, infecii virale, etc) reducerea sinteze proteice.