Mentre nei procarioti spesso i geni con affinità funzionale vengono trascritti come un’unica entità perché si trovano raggruppati in operoni, negli eucarioti tendono a essere dispersi nel genoma. Pertanto, la regolazione simultanea di più geni richiede che essi condividano alcuni elementi di controllo, per poter rispondere tutti allo stesso segnale.

Inoltre, negli eucarioti l’inizio della trascrizione è diverso da quello dei procarioti, dove l’RNA polimerasi riconosce direttamente il promotore. Negli eucarioti, infatti, le proteine coinvolte nell’inizio della trascrizione sono numerose e formano il complesso di trascrizione.

Infine, diversamente dai batteri che dispongono di una sola RNA polimerasi, gli eucarioti ne hanno tre, ciascuna delle quali catalizza la trascrizione di uno specifico tipo di gene. Soltanto una (l’RNA polimerasi II) trascrive i geni che codificano proteine: l’RNA polimerasi I trascrive il DNA che codifica l’rRNA, e l’RNA polimerasi III trascrive il DNA che codifica i tRNA. In questo capitolo parleremo soltanto dell’RNA polimerasi II, ma anche le altre due polimerasi agiscono con meccanismi simili.

Oltre alle polimerasi, negli eucarioti anche i promotori sono di tipi differenti e alla loro azione si somma quella delle sequenze supplementari, che contribuiscono a una regolazione più fine della trascrizione. Nei procarioti l’alternativa è netta: trascrizione o blocco. Negli eucarioti si può avere una modulazione dell’intensità del processo: quindi un gene può essere trascritto di più o di meno.

Come puoi vedere nella ▶figura 7, la regolazione dell’espressione genica può avvenire in vari punti del processo di trascrizione e traduzione di un gene in una proteina.

Alcuni meccanismi regolatori agiscono prima della trascrizione modificando la struttura della cromatina e dei cromosomi; oltre al DNA, infatti, la cromatina contiene anche una serie di proteine. L’impacchettamento del DNA in nucleosomi a opera di queste proteine può rendere il DNA inaccessibile all’RNA polimerasi e al resto del macchinario coinvolto nella trascrizione, un po’ come, nei procarioti, il legame del repressore all’operatore impedisce la trascrizione dell’operone lac (come abbiamo visto nel capitolo precedente). La trascrizione di un gene eucariotico dipende dalla struttura della cromatina, sia a livello locale sia a livello dell’intero cromosoma.

Nei cromosomi degli eucarioti il DNA è avvolto attorno a proteine chiamate istoni a formare una struttura detta nucleosoma. I nucleosomi bloccano tanto l’inizio quanto l’allungamento della trascrizione. In un processo definito rimodellamento della cromatina, questi due blocchi vengono rimossi da due diversi tipi di proteine di rimodellamento (▶figura 8).

In un nucleo in interfase, colorato e osservato al microscopio, si distinguono due tipi di cromatina: l’eucromatina, dispersa e debolmente colorata, e l’eterocromatina, condensata e colorata intensamente. L’eucromatina contiene DNA che viene trascritto in mRNA, mentre l’eterocromatina contiene geni che di solito non vengono trascritti.

L’esempio forse più eclatante di eterocromatina si osserva nel cromosoma X inattivo dei mammiferi. Una femmina di mammifero possiede due cromosomi X, mentre un maschio possiede un X e un Y. Di conseguenza, tra maschi e femmine esiste una notevole differenza per quanto riguarda il «dosaggio» dei geni associati al cromosoma X: ogni cellula femminile li possiede in duplice copia e quindi potrebbe produrre il doppio delle relative proteine rispetto alle cellule maschili. Ciononostante, per il 75% dei geni situati sul cromosoma X di solito la trascrizione è la stessa nei maschi e nelle femmine. Com’è possibile?

Nel 1961, Mary Lyon, Liane Russel ed Ernest Beutler arrivarono indipendentemente a una stessa spiegazione: durante le prime fasi dello sviluppo embrionale di una femmina, uno dei due cromosomi X rimane in gran parte inattivo dal punto di vista trascrizionale. In una data cellula embrionale, e in tutte quelle che ne derivano, la «scelta» della copia da inattivare è casuale. Ricorda che uno dei due cromosomi X deriva dal padre e l’altro dalla madre: di conseguenza, in una cellula embrionale il cromosoma X trascritto può essere quello paterno, mentre nella cellula adiacente può essere quello materno.

Nelle cellule delle femmine umane, durante l’interfase è visibile al microscopio ottico un particolare corpo nucleare colorabile, denominato corpo di Barr dal nome del suo scopritore, Murray Barr (▶figura 9). Questa massa di eterocromatina, assente nei maschi, corrisponde al cromosoma X inattivo. La condensazione in corpo di Barr del cromosoma X inattivo fa sì che il suo DNA risulti inaccessibile al macchinario molecolare della trascrizione.