Regolazione dell’Espressione Genica

Puo’ essere regolata in una delle seguenti sei fasi:

DNA RNAtranscript

mRNA mRNA

inactivemRNA

protein

inactiveprotein

NUCLEUS CYTOSOL

trascrizione Maturazione trasporto traduzione

degradazione

controllo dell’attivita’

Ferro

• Fe• Peso Molecolare 56• Puo’ essere 2+ o 3+

– Ferroso (2+) “ridotto” - ha acquistato un elettrone– Ferrico (3+) “ossidato” - ha perso un elettrone– Fe+++ + e- Fe++

• I due stati redox gli permettono di passare elettroni• I cambi redox sono necessari per il suo

metabolismo

Funzioni del ferro

• Trasportatore di ossigeno– emoglobina

• Immagazzina l’ossigeno– Mioglobina

• Produzione di energia– citocromi– Enzimi del ciclo di Krebs

• altri– detossificazione (cytochrome p450)

• An essential element

Tossicita’ del ferro

• Puo’ danneggiare i tessuti• Catalizza la conversione di acqua ossigenata a

radicali liberi• radicali liberi possono attaccare:

– membrane– Proteine– DNA

• Iron excess possibly related to cancers, cardiac toxicity and other factors

Distribuzione del ferro• 35 – 45 mg / kg di ferro nel maschio adulto• Total approx 4 g

– emoglobina - 50%– mioglobina – 7%– ferritina - 30%

• Bone marrow (7%)• Reticulo-endothelial cells (7%)• Liver (25%)

– Altre proteine con eme - 5%• Cytochromes, myoglobin, others

– siero - 0.1%

Trasporto del ferro nel sangue

• Globuli rossi– Come emoglobina

– Non puo’ essere scambiato

• Plasma– Legato alla Transferrina

– Lo trasporta in vari organi

– eg between gut, liver, bone marrow, macrophages

– Captato dalle cellule dai recettori della transferrina

Transferrina

• Protein MW 77,000• Sintetizzata nel fegato. E’ un dimero• Ogni molecola lega 2 Fe3+ (ossidato)• Contiene il 95% del ferro sierico.• il 30% e’ saturata con il ferro.• La sua produzione diminuisce con tanto ferro.• La sua produzione aumenta con poco ferro.• Measured in blood as a marker of iron status.

Recettori della transferrina

• Prendono il ferro dalla transferrina e lo inviano dentro la cellula– Riconoscono e legano la transferrina

– Il complesso transferrina-recettore e’ in globato (endocitosi)

– Ferro rilasciato nella cellula attraverso un trasportatore (DMT1)

– Il complesso transferrina-recettore ritorna in superfice

– La transferrina e’ rilasciata

Stoccaggio del ferro - Ferritina• Conserva il ferro in tutte la cellule. • MW 460,000. • Involucro superficiale: apoferritina, consiste di 22

subunita’ • All’interno c’e’ il ferro. • 20% iron by weight, binding up 4,500 atoms of iron

per molecule. • Small fraction found in circulation (contains less

than 1% of serum iron).• Conserva il ferro e lo rilascia in modo controllato

Perdita del ferro

• Non e’ regolata

• Non ci sono meccanismi per rallentarla o accellerarla

• Troppo ingerimento di ferro non puo’ essere compensato da una maggiore perdita

• Troppo poco ferro nella dieta non puo’ essere compensato da una minore perdita

• Percio’ l’omeostasi del ferro e’ regolata a livello del suo assorbimento

• Nell’omeostasi - l’assorbimento di ogni elemento deve eguagliare la sua perdita– nitrogen, water, salt, iron

• Sbilanciamenti anche lievi possono creare forti eccessi o carenze

• 1% di eccesso al giorno porta al raddoppio in 70 giorni

Assorbimento del ferro

• 1 – 2 mg di ferro assorbiti al giorno• (quindi 1 – 2 mg di ferro lasciano il corpo

ogni giorno)• Occorre nel duodeno• Assorbito come ferro ionico o emico• Solo il 10% del ferro degli alimenti e’

assorbito

Assorbimento del ferro emico

• L’eme e’ staccato dalla globina nell’intestino

• Assorbito dagli enterociti come eme

• Liberato dall’eme negli enterociti

• Rappresenta la meta’ del ferro presente nella dieta (in occidente)

• Not well understood

Assorbimento del ferro• DcytB

– Riduzione Fe+++ a Fe++

• DMT1– Trasporto nella cellula

• Ferritina– Immagazzinamento nella cellula

• Hephaestin– ossida Fe++ a Fe+++

• Ferroportin– Lo trasporta fuori

Controllo del livello di ferro nella cellula

• Il ferro e’ un nutriente essenziale

• La cellula lo usa per : citocromi, emoglobina e molti enzimi.

• Il ferro in eccesso e’ causa di formazione di radicali liberi

• Quindi il livello di ferro deve essere controllato accuratamente.

Fe 2+

Sangue

Fe 3+

Transferrin(trasporto)

Transferrinreceptor (ingresso)

Ferritin (Stoccaggio)

Regolazione di proteine trasportatrici/immagazzinamento del

ferro

• Quando il ferro e’ in eccesso la cellula deve diminuire il livello del recettore e aumentare quello della ferritina.

• La cellula ottiene questo mediante regolazione della traduzione,• Cosi la risposta e’ piu’ rapida

Controllo della Traduzione

1. Repressione - es. Iron Response Element della ferritina2. Stabilizzazione- es. IRE del recettore della transferrina

Ferritina - Lega il Ferro e lo conservaRecettore della Transferrina (TFR)- trasporta il ferro nella cellula

Se il Ferro e’ nella cellula - Si Ferritina, No TFRSe non c’e’ Ferro - Si TFR, No Ferritina

Come viene regolato tutto questo?

M

Coding region

AUG

Fe

m7G

Iron Response Element

IRE-BP (cytosolic aconitase)

Fe

M

Fe

Ferritin mRNA

Coding region

AUG

1. Repressione :-Ferro, ferritina NO

2. Attivazione:+ Ferro, ferritina SI

M

Coding region

AUG

m7G

Iron Response Element

IRE-BP (cytosolic aconitase)

Fe

M

Fe

TFR mRNA

Coding region

AUG

1. Stabilizzazione:- Ferro, TFR SI

2. Degradazione:+ Ferro, TFR NO

Coding region

AUG

m7G

Iron Response Element

IRE-BP (cytosolic aconitase)

TFR mRNA

Coding region

AUG

1. Stabilizzazione:- Ferro, TFR SI

2. Degradazione:+ Ferro, TFR NOFe

RNAse

Il ferro previene il legame di una proteina di 90 kDa ad uno o piu’ Iron Response Elements.

•Recettore della Transferrina.

Stem loop al 3’. La presenza dello stem loop causa la degradazione dell’mRNA

Ferritina

Stem loop al 5’. La presenza della proteina sullo stem loop causa il blocco della traduzione.

Purificazione degliIntermedi dellatraduzione

CICLOEXIMMIDE: interferisce conLa reazione della peptidil transferasi(arresto dei ribosomi 80S sull’AUG)

GMP-PNP (Analogo del GTP pero’Non-idrolizzabile): GTP richiesto perL’unione della subunita’ 60S al complesso40S/mRNA

CAP analogo:inibisce il legame della40S all’mRNA

CENTRIFUGAZIONE IN GRADIENTE DI DENSITA’

WT-IRE: IRE come e’ nella Ferritina

C-IRE: IRE con una delezione

Componenti del ComplessoChe lega il CAP

NOTA BENE: all’inizio della traduzione il legame della 40S all’mRNA richiedeIl legame del “CAP binding Complex” al cappuccio dell’mRNA

NOTA: Il legame della 40S al CAP dell’mRNA richiede l’interazione di elF3 (che e’ legatoAlla 40S) con elF4 (legato al CAP)

Il Ferro regola l’associazione dei poliribosomi sull’mRNA della ALA sintetasi

Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + OH°

La presenza di acqua ossigenata o ossido nitrico rende attiva IRP-1 (che e’ la IRE bindingProtein piu’ abbondante) che quindi causa un aumento del recettore della transferrina

Il ferro viene rimosso dal sangue e non genera radicali liberi!

DMT1

DMT2

Quindi DMT1 e’l’unico regolabiledal Ferro

Divalent Metal Transporter

DMT2DMT1

Se non e’ presente abbastanza Fenella cellula del Duodeno vieneindotta la sintesi di DMT1

Concentrazioni elevate di Ferro nella cellula sono richieste da cellule proliferanti