regulación de la expresión genética en eucariontes · 2010-05-21 · polimerasa y la...

Regulación de la

expresión genética en

eucariontes

Dos genomas muy similares (98% de identidad en su secuencia)

La diferencia crucial radica en sus mecanismos de regulación génica

Dos células con el mismo genoma y diferente fenotipo

Los mecanismos de regulación génica son

los encargados de la diferenciación celular

En eucariontes hay muchospuntos de regulación

De acuerdo al nivel en el que ocurre la regulación, tiene un nombre diferente

Regulación

transcripcional

Regulación

post-transcripcional

Regulación

traduccional

Regulación

post-traduccional

Regulación Transcripcional(a nivel de DNA)

Componentes fundamentales

Secuencias definidas en el DNA (p. ej. region operadora del operon lac)

Proteínas reguladoras que reconocen dichas secuencias y se unen a ellas (p. ej. represor del operon lac)

Promotor: secuencia de nucleótidos necesaria para la fijación de la RNA polimerasa.

Secuencias reguladoras:

A) Intensificadoras (enhancers): secuencias que estimulan la transcripción y cuya

localización puede ser a miles de nucleótidos de distancia "río arriba o abajo" del

promotor

B) Silenciadoras (silencers): secuencias que inhiben la transcripción. También

pueden hallarse muy distantes del promotor.

Factores basales de transcripción: complejo proteico que interacciona con el sitio

promotor. Son esenciales para la transcripción pero no pueden aumentar o

disminuir su ritmo.

Factores específicos de la transcripción: complejo de proteínas reguladoras que

pueden ser activadoras o represoras.

A) Proteínas activadoras: interaccionan con las secuencias intensificadoras del gen.

B) Proteínas represoras: interaccionan con las secuencias silenciadoras del gen.

Componentes Fundamentales de

la regulación Transcripcional

Secuencias definidas en el DNA

Inicio de la transcripción

Caja TATA: TATA(A/T)A(A/T)

18 - 25 nts

*URE (Elementos regulatorios “río arriba”). Son sitios de unión de otras

proteínas (factores de transcripción) que facilitan la unión de la RNA

polimerasa y la transcripción de ese gen. De 100 a 200 pb del inicio.

Enhancers (Sec. Intensificadoras). Regiones en el DNA que están alejadas

por más de 1000 pb del sitio de inicio y que activan al promotor para que

ocurra una transcripción más eficiente.

Factores de transcripción(basales y específicos)

Activadores

Represores

Coactivadores

Factores de

transcripción basal

Los factores de transcripción

hacen contacto con la doble

hélice mediante:

Puentes de hidrógeno

Enlaces iónicos

Interacciones hidrofóbicas

Por si solas, dichas interacciones son débiles, pero el hecho de que sean múltiples hace que el complejo proteína-DNA esté unido muy fuertemente, además de darle específicidad a la unión

Los factores de transcripción reconocen regiones específicas en la doble hélice, determinadas

por la secuencia

Reconocen patrones de donadores y aceptores de puentes de hidrógeno, y zonas hidrofóbicas, principalmente en el surco mayor

Código de

Reconocimiento

No todos los factores de transcripción reconocen al DNA en su estructura regular

Se creía que todo el DNA de una célula tenía una estructura homogénea

Nuevos estudios han revelado que existen zonas con “irregularidades” en la estructura del DNA. Muchas de ellas hacen que la doble hélice se doble y dependen de la secuencia (p. ej. AAAANN).

Ciertos factores de transcripción reconocen específicamente estas zonas de DNA “curvo”

Factores deTranscripción

Además de los factores de transcripción generales que forman el complejo basal de transcripción, hay otras proteínas que se unen con alta afinidad a motivos específicos en los promotores, en los elementos regulatorios y en las regiones intensificadoras.

Se unen fuertemente al DNA

Activan (Activadores) o

reprimen (Represores)

la transcripción

Cremallera (zipper) de leucinas

Hélice – vuelta – Hélice

Dedos de Zinc

Estas dos actividades distintas residen en

dominios discretos y bien caracterizados de

los factores de transcripción.

Además, pueden tener dominio de dimerización, pues es

frecuente que actúen como homodímeros o heterodímeros.

Algunos factores de transcripción también tiene un dominio de

unión a un ligando, por ejemplo, a una hormona.

Dominio de Unión al DNA

Dominio de Dimerización

Dominio de Transactivación

Dominios de Unión al DNA Hélice-Vuelta-Hélice

Dominio Hélice-vuelta-Hélice.

4 Hélices alfa.

Las hélice 2 y 3 están separadas por un giro de tal manera que quedan en ángulo recto.

Una o dos hélices se unen al surco mayor del DNA

Secuencia específica reconocida por la

proteína Cro del bacteriofago lambda

Ejemplos

Los motivos hélice-vuelta-hélice están presentes en factores de transcripción homeóticos

Los factores de transcripcion homeóticos regulan la expresión de genes durante el desarrollo

embrionario.

Estos factores de transcripción

se encuentran altamente conservados

en eucariontes.

La posicion de sus genes

en el cromosoma se encuentra

en el mismo orden de las regiones

del embrión cuyo desarrollo controlan.

Inducción de ojos ectópicos en Drosophila

mediante la mutación del factor de

transcripción (activador) ey

Dominios de Unión al DNA Dedo de Zinc

Dominio dedo de Zinc

Se forma un asa de 12 aminoácidos

que contiene 2 His y 2 Cys. Estos AA

coordinan a un ión Zn2+

Esta estructura se repite tres o más

veces a lo largo del dominio.

Ejemplo:

Factor de transcripción Sp1

Dominio de Dimerización Zipper de Leucina

Zippers de Leucina

Contiene una región rica en Leu (cada

7 aa, hay Leu).

Se forma una superficie hidrofóbica en

una hélice

Esta estructura se forma en las dos

subunidades que forman el dímero.

Hay interacciones hidrofóbicas entre

ellas.

Todavía no es posible predecir de manera precisa las

secuencias de DNA que reconocerán los distintos factores de transcripción

La expresión genética en eucariontes requiere de cambios en el estado de la

cromatina

Acetilación

Remodelación

de la cromatina

Los activadores ayudan a reclutar acetilasas de histona y al complejo de remodelación de la cromatina

Desacetilasas

de Histonas

(HDACs)

Acetilasas de

Histonas

(HATs)

Del código genético al código Epigenético

Los activadores actúan de manera

Sinérgica

Mecanismos de acción de los Represores

Complejos formados in situ sobre el DNA

Cada gen tiene una combinación particular de intensificadores y

silenciadores.

Genes distintos pueden compartir idénticas secuencias

intensificadoras y silenciadoras, pero no existen dos genes que

posean la misma combinación de estas secuencias reguladoras.

Estructuras que permiten interacción entre

proteínas alejadas

RNA de interferencia:

Fenómeno de silenciamiento génico postrascripcional

mediado por un dsRNA con secuencia complementaria a

un RNAm específico

RNA de interferencia (RNAi)

RNAi

RNAi

El RNAm es degradado

dsRNA dirigido contra

un RNAm especifico

El complejo reconoce a

un RNAm específicoRNAi

dsRNA-GFP

El RNAi tiene diversas aplicaciones

Cáncer: silenciamiento de oncogenes, determinación de

genes involucrados en la resistencia a fármacos

Enfermedades infecciosas: VIH, influenza,

herpesvirus, papilomavirus.

Estudio de la función de un gen mediante su

silenciamiento

Receptores nucleares a hormonas

Receptores a estrógenos, progesterona, testosterona

Receptores a glucocorticoides (cortisona, hidrocortisona, dexametasona)

Receptores a ácido retinoico, tiroxina y Vitamina D

Regulación por hormonas

Superfamilia de ReceptoresNucleares

Receptores nucleares tipo I

El receptor unido a una HSP (Heat Shock Protein) se encuentra en el citoplasma

Receptores de Hormonas

sexuales y de glucocorticoides

Receptores nucleares tipo II

Receptores de Vitaminas

A y D, ácido retinoico y

hormona tiroidea

El Receptor se encuentra en el núcleo, unido al DNA, y está inactivado por

un corepresor

Otros receptores de hormonas están en la membrana plasmática y se requiere de una cascada de señalización para la transcripción de genes

Control transcripcional A- Factores de transcripciónB- Grado de condensación de la cromatinaC- Grado de metilación

Control procesamiento delARNm

Empalme alternativo

Control transporte delARNm

Mecanismos que determinan si el ARNmmaduro sale o no a citosol

Control traduccional Mecanismos que determinan si el ARNmpresente en el citosol es o no traducido

Control de la degradacióndel ARNm

Mecanismos que determinan la supervivenciadel ARNm en el citosol

Control de la actividadproteica

Mecanismos que determinan la activación odesactivación de una proteína, como asítambién el tiempo de supervivencia de lamisma.

Resumen de los mecanismos de

regulación genética en eucariontes