RICERCA ITALIANA     

Controllo post-trascrizionale dell’espressione genica in Escherichia coli: interazioni tra meccanismi che regolano la stabilità e la traducibilità dell’RNA messaggero

Università degli Studi di Milano

Abstract

Due passaggi importanti ed intimamente connessi nel controllo post-trascrizionale dell’espressione genica sono la regolazione dell’inizio di traduzione (traducibilità dell’mRNA) e la degradazione dell’mRNA.
I meccanismi che regolano stabilità e traducibilità dell’mRNA giocano un ruolo predominante nella riprogrammazione dell’espressione genica che avviene durante l’adattamento dei batteri alla bassa temperatura. Immediatamente dopo il cold shock, in un batterio mesofilico come Escherichia coli la sintesi della maggior parte delle proteine viene transitoriamente repressa, mentre meno di trenta proteine (CIP, Cold Induced Proteins) vengono preferenzialmente sintetizzate (vantaggio traduzionale). Parimenti, l’abbondanza di alcuni mRNA CIP aumenta soprattutto perchè diventano più stabili. Al termine della fase di adattamento mRNA e proteine della maggior parte dei geni CIP ritorna a un livello pre-shock.
Contemporaneamente, una vasta classe di mRNA non-CIP, probabilmente soggetti a svantaggio traduzionale, vengono stabilizzati, sebbene il livello di tali trascritti e delle proteine corrispondenti possa non aumentare. Sorprendentemente, tale stabilizzazione richiede la polinucleotide fosforilasi (PNPasi), un’esoribonucleasi fosforolitica. La risposta al cold shock è quindi un sistema sperimentale interessante per lo studio della regolazione post-trascrizionale.
Recentemente abbiamo osservato stabilizzazione PNPasi-dipendente (PDS) di mRNA integri anche a 37 >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Giovanni Dehò Università degli Studi di MILANO

Obiettivo del Programma di Ricerca

Due passaggi importanti nel controllo post-trascrizionale dell’espressione genica sono la regolazione dell’inizio di traduzione (traducibilità dell’mRNA) e la degradazione dell’mRNA. Questi due processi cellulari sono intimamente connessi. E’ noto, ad esempio, che in Escherichia coli una efficiente traduzione stabilizza i trascritti. D’altra parte, uno dei primi passaggi nella degradazione dell’mRNA è un taglio endonucleolitico a valle della regione d’inizio della traduzione (TIR), che rende l’RNA non più traducibile e suscettibile di ulteriore rapida degradazione.
I meccanismi che regolano stabilità e traducibilità dell’mRNA giocano un ruolo predominante nella riprogrammazione dell’espressione genica che avviene durante l’adattamento dei batteri alla bassa temperatura. Immediatamente dopo un improvviso calo di temperatura da 37 a meno di 20 °C, in Escherichia coli ed altri batteri mesofili la sintesi della maggior parte delle proteine viene transitoriamente repressa (svantaggio traduzionale), mentre meno di trenta proteine (CIP, Cold Induced Proteins) vengono preferenzialmente sintetizzate (vantaggio traduzionale). Al termine della fase di adattamento, l’abbondanza delle CIP ritorna a un livello di pre-shock. Parimenti, l’abbondanza di alcuni mRNA CIP aumenta soprattutto perchè diventano più stabili. La risposta al cold shock è quindi un sistema sperimentale interessante per lo studio della regolazione post-trascrizionale.
Lo scopo generale di questo programma >>>

Risultati parziali attesi

Il controllo dell’inizio della trascrizione è uno dei principali livelli di regolazione dell’espressione genica in tutti gli organismi viventi e sicuramente il più studiato. Tuttavia altri eventi che avvengono a valle giocano ruoli importanti e spesso essenziali.
Solo in anni relativamente recenti siamo riusciti a ottenere una ragionevole comprensione dei modi e dei meccanismi con cui avvengono la maturazione e la degradazione degli RNA. Infatti, la ridondanza delle funzioni e delle vie degradative ha reso in qualche modo più difficile lo studio e la comprensione del ruolo di questi processi. Al contrario, il ribosoma è probabilmente uno degli oggetti subcellulari più studiati; la sua funzione indispensabile e i suoi meccanismi molecolari sono stati dissezionati con estremo dettaglio. Ciononostante, rimangono molti problemi irrisolti per quanto riguarda non solo il turnover dell’RNA ma anche il meccanismo della traduzione e le interazioni tra questi due processi intimamente connessi.
Dalla ricerca che proponiamo ci aspettiamo di ottenere una miglior conoscenza di alcuni meccanismi che riguardano il turnover dell’mRNA, i meccanismi di inizio traduzione e le interazioni tra i due processi nei batteri. Ci serviremo di condizioni che alterano profondamente le “normali” vie che controllano la stabilità e la traducibilità degli RNA messaggeri per identificare nuovi fattori e meccanismi che regolano questi processi. La ricerca che proponiamo è manifestamente “di base >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

INTRODUZIONE

I meccanismi che regolano stabilità e traducibilità dell’mRNA rappresentano passaggi importanti, sebbene non completamente chiariti, nel controllo post-trascrizionale dell’espressione genica. Questi due processi cellulari sono intimamente connessi. E’ stato dimostrato, ad esempio, che nei batteri gli mRNA non tradotti sono spesso più suscettibili degli mRNA efficientemente tradotti, mentre un taglio endonucleolitico dell’RNAsi E a valle della regione d’inizio della traduzione (TIR), che rende il trascritto non più traducibile, può provocare l’ulteriore degradazione dell’RNA (per una rassegna vedi Kaberdin and Blasi, 2006).
Tali meccanismi post-trascrizionali che regolano stabilità e traducibilità dell’mRNA giocano un ruolo predominante nella riprogrammazione dell’espressione genica che avviene durante l’adattamento dei batteri alla bassa temperatura. Immediatamente dopo un improvviso calo di temperatura da 37 a meno di 20 °C, in Escherichia coli ed altri batteri mesofili la sintesi della maggior parte delle proteine viene transitoriamente repressa, mentre meno di trenta proteine (CIP, Cold Induced Proteins) vengono preferenzialmente sintetizzate (vantaggio traduzionale; Gualerzi et al., 2003; Weber and Marahiel, 2003). Al termine della fase di adattamento, l’abbondanza delle CIP ritorna a un livello di pre-shock (Gualerzi et al., 2003; Herendeen et al., 1979; Jones et al., 1987).
Delle CIP fa parte la famiglia Csp che comprende >>>