regulación de la expresión génica en eucariotasregulación de la expresión génica la...
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Regulación de la
Expresión Génica en
Eucariotas
En los organismos pluricelulares existe una clara
diferenciación celular y reparto de funciones, que dan lugar
a la formación de distintos tejidos y órganos. Es claro que en
cada uno de ellos se están expresando distintos grupos de
genes.
Regulación de la Expresión Génica
Regulación de la Expresión Génica
La diferenciación, el desarrollo y la funcionalidad de los
tejidos específicos dependen del conjunto de proteínas
selectivamente expresadas por cada célula.
REGULACIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS
La estructura de la cromatina afecta a la expresión
génica
Hay proteínas de unión a DNA que modifican la
actividad transcripcional
Son más comunes los activadores que los represores
No hay operones
Existencia de intrones (procesamientos alternativos)
Separación espacial entre transcripción y traducción
Las modificaciones post-traduccionales son frecuentes
REGULACIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS
Vida media de la proteína
Niveles de Regulación de la Expresión
Génica en Eucariotas
Niveles de Regulación de la Expresión
Génica en Eucariotas
I. Nivel de cromatina
II. Nivel transcripcional
III. Nivel postranscripcional
IV. Nivel traduccional
V. Nivel postraduccional
CONFORMACIÓN Y ESTRUCTURA DEL ADN
Compactación diferencial de la cromatina
La compactación de la cromatina afecta la capacidad de unión de las enzimas
y factores de transcripción de genes específicos.
La eucromatina se tiñe suavemente y se corresponde con regiones del
genoma que están disponibles para la transcripción.
La heterocromatina, se tiñe intensamente y se corresponde a
regiones del genoma que están densamente compactadas e inaccesibles
para el aparato transcripcional.
CONFORMACIÓN Y ESTRUCTURA DEL ADN
Compactación diferencial de la cromatina
La heterocromatina
Constitutiva hace referencia a cromosomas o parte de ellos que son
heterocromáticos en todas las células de una misma especie.
Facultativa implica zonas de cromosomas que se pueden
descompactar tornándose en eucromatina en algunas células de un mismo
organismo.
Acetilaciones y desacetilaciones de histonas
Son modificaciones covalentes frecuentes en los fenómenos de descompactación
cromatínica.
Las acetilaciones se producen en los residuos de lisina de los extremos
aminoterminales de las histonas, reduciendo su carga positiva y por lo tanto
su afinidad de unión al ADN cargado negativamente (HAT).
La desacetilación de las histonas, mediada por desacetilasas provoca el
efecto contrario, la recompactación (HDAC).
CONFORMACION Y ESTRUCTURA DEL ADN
Metilación de residuos de desoxicitidina
La metilación de los restos de citosina en el ADN, especialmente en los promotores,
dificultan la transcripción. Las metilaciones se producen en secuencias específicamente
reconocidas ( 5’--- m CpG ---3’) que generalmente se agrupan en “islotes” ricos en CG, con
frecuencia dentro o cerca de regiones reguladoras de la transcripción.
.
CONFORMACIÓN Y ESTRUCTURA DEL ADN
La metilación puede inhibir la
transcripción de los genes al
interferir en la capacidad de los
factores de transcripción para
reconocer los sitios de unión al ADN
o alterando las conformaciones del
ADN dificultando la polimerización
de la ARN polimerasa. Ej impronta
genómica
CONTROL TRANSCRIPCIONAL DE LA
EXPRESION GENETICA
Las regulaciones pueden ser de tipo CIS o TRANS.
Acción CIS cuando el elemento regulador transcripcional es
parte de la cadena polinucleotídica donde se localiza el gen a
regular. Secuencias especiales del ADN (promotores y
enhancers).
Acción TRANS cuando los elementos regulatorios son de
naturaleza y origen diferente a la secuencia genética a
controlar,(aquí se incluyen a los factores de transcripción
generales, histoespecíficos y todas las proteínas regulatorias
con capacidad de unión al ADN).
promotoras
reguladoras proximales
reguladoras a distancia
Secuencias Reguladoras
REGULACIÓN EN CIS
TRANSCRIPCIÓN ARN POLIMERASAS-ADN DIRIGIDAS
ARNr
ARN pol. I
nucleolo
ARN pol. II
nucleoplasma
ARN pol. III
nucleoplasma
ARNt ARNm
SECUENCIAS PROMOTORAS (UPSTREAM)
determinan el sitio de iniciación de la transcripción del
ARNm
Se encuentran preferentemente localizados corriente arriba
(5’) del sitio de inicio de la transcripción.
dirigen la unión de la ARN-pol. II al ADN
estimulan la transcripción a un nivel bajo
cajas TATA, islas CpG, cajas CAAT, etc.
SECUENCIAS PROMOTORAS: CAJAS TATA
inicio transcripción
del ARNm caja TATA
TATA
aprox. -25 nucleótidos
+1
factor de reconocimiento: TBP
SECUENCIAS PROMOTORAS: CAJAS CAAT
inicio transcripción
del ARNm caja CCAAT
CCAAT
Entre -50 y -130 nucleótidos
+1
factor de reconocimiento: proteína C/EBP
(CCAAT-box /enhancer/binding/protein)
SECUENCIAS PROMOTORAS: ISLAS CPG
secuencias ricas en CG de aprox. 50 pb
en genes de transcripción lenta, aprox. a –90 pb
reconocidas por factores SP1
metilación de islas CpG: inactivación
CAMBIOS EN LAS SECUENCIAS PROMOTORAS
mutaciones: pueden afectar la afinidad de unión de la ARN pol. II y la
tasa de transcripción
mutaciones en caja TATA tasa de transcripción por ARN pol. II
entre la caja TATA y el nucleótido +1 no afectan significativamente
en las islas CpG afectan el reconocimiento por los factores de
transcripción de la familia SP1
SECUENCIAS REGULADORAS
controlan la transcripción por ARN-pol. II.
son sitios fijadores de proteínas.
secuencias generales o específicas de tipo celular.
elementos proximales, amplificadores y
elementos intermedios.
SECUENCIAS REGULADORAS: ELEMENTOS PROXIMALES
inicio transcripción
del ARNm
+1
elemento proximal del
promotor
-100 a -200
inserción (>50 pb)
afecta la acción del elem. prox.
promotor
SECUENCIAS REGULADORAS: SITIOS
AMPLIFICADORES
inicio transcripción
del ARNm
+1
-10 a -50 kb +10 a +50 kb dentro del gen
(intrónicas)
Aparato de
transcripción
basal/ promotor
mínimo
Activadores,
coactivadores,
represores
SECUENCIAS REGULADORAS
CAMBIOS DE SECUENCIA
Linfoma de Burkitt: t(8;14)
8 14
t(8q;14q)
expresión de un ARNm quimérico c-myc-IgM
protooncogen c-myc amplificador potente de IgM
CAMBIOS DE SECUENCIA
Linfoma de Burkitt: t(8;14)
PROTEÍNAS REGULADORAS
Factores de transcripción
Activadores
Represores
REGULACIÓN EN TRANS
PROTEÍNAS REGULADORAS: FACTORES DE
TRANSCRIPCIÓN
la ARN pol. II no puede iniciar la transcripción por sí
sola: los factores de transcripción son necesarios para la
activación de la transcripción
proteínas modulares: tienen un dominio de fijación y
uno o más dominios de activación
factores de transcripción generales
factores upstream
factores inducibles
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN GENERALES
Lodish et al. 2002
Se unen al promotor mínimo y a
los elementos proximales.
Ayudan a la Polimerasa II a
iniciar la transcripción. Unión a
la ARN pol. II y a la caja TATA
(TBP), desenrollamiento del
ADN, fosforilación de la ARN pol.
II. Forman el Complejo de
iniciación.,
Se requieren factores adicionales
para un nivel adecuado de
transcripción
Factor promotor secuencia
upstream que modula consenso
TBP cajas TATA TATAAAA
SP1 islas CpG GGGCGG
ATF ATF GTGACGT
CTF/NF1 cajas CAAT GGCCAATCT
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN UPSTREAM
Reconocen secuencias promotoras y se unen a ellas
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN
Lodish et al. 2002
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN:
DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN
motivo estructural que interactúa con el
ADN en secuencias específicas
unión al surco mayor del ADN
diversidad estructural
Lodish et al. 2002
DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN:
Homeodominio
DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN:
hélice-giro-hélice
DEDOS DE ZINC
hélice-giro-hélice DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN:
CREMALLERAS DE LEUCINA
DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN:
PUÑOS DE COBRE
DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN:
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN:
DOMINIOS DE ACTIVACIÓN
interactúan con otras proteínas para activar
la transcripción, cuando están unidos al
dominio de fijación
diferente composición:
dominios ácidos: ác. aspártico, ác.
glutámico
dominios básicos: glutamina,
prolina, serina, treonina
otros dominios
PROTEÍNAS REPRESORAS
Tienen un dominio de fijación al ADN y un
dominio de represión
Se unen a genes específicos en los sitios
silenciadores, disminuyendo los niveles de
transcripción
PROTEÍNAS ACTIVADORAS
Se unen a genes específicos en los sitios
intensificadores y aumentan la tasa de
transcripción
PROCESAMIENTO
POST-TRANSCRIPCIONAL DEL ARNM
agregado del capuchón 5´
empalme de exones
poliadenilación 3´
Procesamiento post-transcripcional
El primer nucleótido transcripto se modifica por acción de ARNm
guaniltransferasa para añadir una CAPERUZA de 7-metilguanosina
mediante enlace 5´-5´
Función de CAP es de protección y reconocimiento
POLIADENILACIÓN
• factor de poliadenilación y poli-A polimerasa
• secuencia AAU/AAA a unos 10 a 35 pb hacia 5´de la cola poli A
• se agregan 200 a 250 residuos de Adenina
• Función de poli-A es estabilizar y permitir la iniciación de
traducción
Procesamiento post-transcripcional
EMPALME ALTERNATIVO
http://www.icampus.ucl.ac.be/SBIM2520/document/genemol/biomolespa/transcripcion/transcripcion.html
Procesamiento post-transcripcional
EMPALME ALTERNATIVO
Procesamiento post-transcripcional
Variación en la vida media del ARNm:
ARNm procariotas: 1-5 min
ARNm eucariotas: c-fos 10-30 min
globina más de 24 hs.
variaciones en la longitud de la cola poli A. Esta
secuencia ejerce una protección al competir con el resto
de la cadena por la unión a las nucleasas citosólicas.
Estabilidad del ARNm
Ejemplos:
Transcriptos inestables poseen “secuencias desestabilizadoras”, son
señales de rápida degradación por parte de las nucleasas
citoplasmáticas, ribozimas (factores de crecimiento).
La caseína, una proteína de la leche que se produce por la glándula
mamaria en respuesta a prolactina. Bajo la acción de prolactina no
se aumenta la tasa transcripcional sino que se prolonga la
estabilidad del mensajero.
Estabilidad del ARNm
Se trata de glicosilaciones
fosforilaciones,
acetilaciones
Regulación a nivel postraduccional
Se puede dar el caso de
poliproteínas que sufren cortes,
mecanismo común en la síntesis
de hormonas peptídicas como la
insulina
FIN