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FAGO LAMBDA

UN MODELLO PER LO

STUDIO DEL MECCANISMO

DI REGOLAZIONE

DELL’ESPRESSIONE GENICA

BASATO

SULL’ANTITERMINAZIONE

Un batteriofagofago può seguire due diverse modalità di sopravvivenza all’interno dell’ospite batterico: -La via litica (riproduzione delle particelle fagiche e lisi della cellula batterica) -La via lisogenica (integrazione del genoma fagico nel genoma dell’ospite batterico -profago- che soltanto dopo induzione ed escissione darà origine ad un processo litico)

I genomi fagici di solito non hanno grandi dimensioni (non codificano per tutti i prodotti necessari al loro metabolismo), il che significa che (per il loro ciclo vitale) devono sfruttare l’apparato replicativo/ trascrizionale/traduzionale dell’ospite. A questo scopo il genoma del fago codifica prodotti che assicurano la replicazione preferenziale del proprio genoma (talvolta codificano una specifica DNA polimerasi); codifica prodotti che indirizzano il processo di trascrizione perferenzialmente sugli operoni fagici (sigma alternativi, antiterminatori ed a volte anche specifiche RNA polimerasi). Da notare che i diversi geni fagici vengono espressi con un ordine ben preciso (prima i geni precoci, poi quelli ritardati in ultimo infine quelli tardivi che è anche l’ordine con cui sono raggruppati nel genoma)

I meccanismi regolativi per attuare questa espressione “ordinata e sequenziale” sono generalmente regolazioni positive a cascata: una serie di interruttori multipli che vengono “accesi” per innescare la fase successiva La prima fase di questa espressione ordinata di norma è realizzata sfruttando interamente l’apparato trascrizionale dell’ospite per trascrivere i geni precoci (la cui trascrizione genera la produzione di “regolatori” che permettono la trascrizione specifica dei geni intermedi). La trascrizione dei geni intermedi, oltre ad altri regolatori trascrizionali che agiranno a cascata sui geni tardivi produce anche enzimi coinvolti con la replicazione. La terza fase trascrizionale darà origine agli mRNA che codificano per le componenti strutturali del fago.

IN QUESTA MAPPA LINEARE DEL GENOMA DI LAMBDA Vengono evidenziati i gruppi funzionali dei geni (suddivisi per funzioni: della testa, della coda, della ricombinazione, geni regolativi, della replicazione, della lisi. Vengono anche evidenziati i tre promotori principali che supportano le funzioni del ciclo litico (iniziali e tardive). PL = trascrizione dei geni regolativi e della ricombinazione - PR= trascrizione dei geni regolativi e della replicazione - PR’= trascrizione dei geni della lisi, della testa e della coda. Questo tipo di organizzazione strutturale comporta che….

La circolarizzazione è necessaria perchè riunisce sotto il controllo del promotore (PR’) i geni TARDIVI della lisi, della testa e della coda (che altrimenti non potrebbero essere espressi)

In particolare l’instaurarsi del ciclo litico dipende dall’espressione di cro (un prodotto dei geni precoci immediati) capace di reprimere la via lisogenica L’instaurarsi del ciclo lisogenico dipende invece dall’espressione di cI (un prodotto dei geni precoci ritardati) che inibisce al contrario la via litica) E’ evidente che devono esistere dei meccanismi di regolazione che consentono l’esecuzione (mutualmente esclusiva) della via litica o lisogenica Quindi λ è un fago temperato : il ciclo litico viene instaurato e mantenuto se tutti i gruppi genici (precoci immediati; precoci ritardati; tardivi) vengono espressi. La lisogenia viene invece instaurata e mantenuta per espressione dei geni precoci e precoci ritardati

λ utilizza una serie di meccanismi per regolare l’espressione delle varie classi geniche (precoci immediati , precoci ritardati e tardivi) ma sicuramente non utilizza sigma alternativi. In particolare  I geni precoci immediati sono espressi “costitutivamente” da parte della RNApol batterica generalizzata (con sigma70)  I geni precoci ritardati sono espressi in maniera “attivatore dipendente”  Inoltre sia i geni precoci ritardati che i geni tardivi possono essere espressi perchè λ utilizza il meccanismo regolativo dell’ANTITERMINAZIONE

I diversi promotori presenti nel genoma di λ PL – PR – PR’ (che sono promotori forti) PRE – PRM – PI –PAQ (deboli) Andiamo per gradi………

Due Promotori/Operatori (PL/OL e PR/OR) per la trascrizione dei geni precoci immediati Cro ed N la cui trascrizione terminerebbe sui terminatori tL e tR se non fosse presente la proteina pN (antiterminatore); Sono anche evidenziate le sequenze di antiterminazione nutL e nutR (cui si lega pN). Le sequenze di due geni precoci ritartdati cIII a sinistra e cII a destra. Le sequenze del gene precoce ritardato cI Il promotore PRE (che serve per la trascrizione iniziale di cI) Il promotore PRM (che serve per la trascrizione di mantenimento di cI) Il dettaglio le regioni regolative (P/O) dei geni precoci immediati/ ritardati

perché senza antiterminazione (ad es. se non viene prodotto pN ) non possono essere espressi i regolatori cII/cIII (geni precoci ritardati) da cui dipende l’espressione di cI (il repressore della via litica) E senza pQ (l’altro antiterminatore) non possono essere espressi i geni della testa, coda e lisi

il che significa che subito dopo l’infezione vengono prodotti pN e cro QUINDI: i primi promotori ad essere utilizzati sono PL e PR perché sono promotori canonici in grado di reclutare con alta affinità l’oloenzima/σ 70 Una volta prodotto pN funziona da antiterminatore causando l’estensione della trascrizione ai geni precoci ritardati (sia a destra che a sinistra, cioè vengono espressi cII e cIII).

L’esigenza di cII come attivatore deriva dall’esistenza di sequenze non canoniche -35 e -10 all’interno del promotore PRE. Da notare che la traduzione di questo trascritto deve essere una traduzione molto efficiente (inizialmente infatti la concentrazione del repressore cI è nulla) e questo viene realizzato dalla presenza sull’mRNA di una S&D ”canonica”

CII è anche necessario per attivare il promotore PI a monte di xis/int (escissionasi/integrasi). In realtà la trascrizione di questi due geni avviene anche grazie alla trascrizione pN dipendente a partire da PL. RNAsi III tI PI Ma questo trascritto lungo ( N fa oltrepassare il terminatore) viene degradato, perché forma strutture a stelo su cui agiscono delle nucleasi. Nota che la produzione e la stabilità di un unico attivatore (cII) rende possibile instaurare e mantenere il ciclo lisogenico (cioè la repressione del ciclo litico tramite cI e l’integrazione del genoma di λ nel genoma batterico tramite Int e Xis)

INOLTRE…………..