RICERCA ITALIANA     

Nuove strategie epigenetiche nella regolazione dell'espressione e della dinamica dei genomi.

Università degli Studi di Parma

Abstract

Benché l'attuale visione dei genomi eucariotici riconosca ampiamente la straordinaria complessità e il carattere altamente dinamico della cromatina, assistiamo tuttavia al continuo emergere di sempre nuovi e insospettati livelli di complessità nella regolazione genomica.
Questo programma affronterà la grande questione del controllo dell’espressione e della dinamica dei genomi eucariotici, concentrandosi su alcuni fenomeni epigenetici di recente scoperta, il cui impatto regolativo sul genoma non è stato ancora definito. Il termine “epigenetico” viene usato qui in modo abbastanza lasso, e vuole riferirsi al vasto ed eterogeneo insieme di componenti e processi nucleari le cui azioni integrate determinano lo stato di organizzazione cromatinica dei genomi eucariotici. Tale insieme include: gli istoni e le loro modificazioni post-traduzionali; gli enzimi di modificazione degli istoni, che hanno spesso anche bersagli non istonici; i macchinari di rimodellamento della cromatina; complessi multiproteici che svolgono ruoli estranei alla regolazione genomica ma agiscono anche sulla cromatina; processi nucleari che, oltre al loro ruolo principale (ad es., la produzione di RNA da parte della trascrizione) possono anche esercitare un’azione regolativa sulla cromatina. Le nuove modalità di regolazione epigenomica su cui indagheremo sono coerenti con le competenze e gli interessi scientifici dei laboratori proponenti. Dieci (Unità I) indagherà sulle >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Giorgio Dieci Università degli Studi di PARMA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Questo programma affronterà la crescente complessità del controllo cromatinico dei genomi eucariotici. In particolare si studierà il coinvolgimento, in tale controllo, di nuove strategie sia “in cis” (come la pervasività della trascrizione intergenica) sia “in trans” (azione di nuovi complessi multiproteici che sono in comunicazione con la cromatina), utilizzando S. cerevisiae come organismo eucariotico modello. Ognuno dei tre gruppi di ricerca coinvolti si concentrerà in particolare su uno dei temi emergenti, ma la sinergia fra le Unità sarà essenziale per il raggiungimento sia degli obiettivi generali sia di quelli più specifici. I principali temi emergenti che verranno affrontati in modo prevalente da ciascuna Unità sono i seguenti: influenza reciproca dell’organizzazione della cromatina e della trascrizione intergenica (Dieci); rimodellamento della cromatina e controllo trascrizionale mediati dal proteasoma (Negri); modificazione istonica, regolazione della cromatina e segregazione dei cromosomi (Filetici). La descrizione dettagliata e articolata di tutti gli obiettivi e compiti di ciascuna Unità si trova nei rispettivi modelli B di questo dossier. Essi non verranno elencati di nuovo in questa sezione, nella quale ci concentreremo invece sugli scopi più importanti e generali del programma.
L’azione integrata delle tre Unità sarà volta al raggiungimento di quattro principali obiettivi comuni.

1. Chiarire alcuni aspetti fondamentali >>>

Risultati parziali attesi

La maggior parte dei risultati che ci aspettiamo dallo svolgimento di questo programma contribuiranno in modo significativo alla nostra conoscenza di base della regolazione e della dinamica dei genomi. Alcuni di essi, poi, potranno anche mettere in luce nuove molecole o strategie regolative di grande rilevanza non solo per il lievito, ma anche per la biologia umana, e quindi di potenziale interesse per applicazioni nel campo della salute umana.

Risultati attesi che faranno avanzare la nostra conoscenza di base della regolazione e della dinamica dei genomi.

1. Per la prima volta, verrà chiarita l’influenza dei nucleosomi e della acetilazione/deacetilazione degli istoni sulla trascrizione lungo l’intera sequenza genomica di un eucariote. Uno studio precedente ha affrontato tale questione in S. cerevisiae [1], ma le analisi trascrittomiche in questo studio erano limitate ai geni codificanti per proteine, probabilmente perché non si sospettava ancora che la trascrizione intergenica di sequenze non codificanti per proteine fosse così diffusa e pervasiva. Sfruttando l’attuale disponibilità sia di microarrays delle regioni intergeniche del genoma di lievito [2], sia di “genome tiling arrays” che permettono di rivelare, con alta risoluzione, la presenza di trascritti per l’intera sequenza genomica [3] di S. cerevisiae, saremo in grado di definire l’influenza della cromatina sull trascrizione di ogni regione del genoma. Individueremo >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il nucleo delle cellule eucariotiche alberga una straordinaria varietà di macchinari macromolecolari coinvolti nei diversi aspetti dell’organizzazione, della preservazione e dell’espressione del genoma. Complessi processi come la replicazione, la ricombinazione e la riparazione del DNA, la condensazione e la segregazione dei cromosomi, l’espressione genica e la sua regolazione, sono stati individualmente dissezionati, e i relativi meccanismi e attori molecolari sono noti in un certo dettaglio. Alle proteine che regolano i processi nucleari deve essere consentito l’accesso a specifiche regioni del DNA che possono trovarsi strettamente impacchettate in strutture cromatiniche. L’unità strutturale fondamentale della cromatina è il nucleosoma, composto da un ottamero di istoni. Gli istoni, insieme a un ampio insieme di enzimi che catalizzano loro modificazioni post-traduzionali, sono noti svolgere ruoli fondamentali non solo nella protezione e nell’impacchettamento del materiale genetico, ma anche nella regolazione dei più svariati processi nucleari. Un aspetto cruciale, ma ancora oscuro, della biologia del nucleo è come i diversi processi nucleari e complessi supramolecolari sono connessi gli uni con gli altri per generare “networks” funzionali e regolativi altamente integrati. Un ulteriore elemento di complessità, rivelato da studi recenti, è l’attività trascrizionale che pervade i genomi in tutta la loro estensione, incluse le regioni non codificanti per proteine, e che >>>