Transcripción del DNA y Regulación de la expresión genética

Transcripción

1 Universidad de Chile, Facultad de Medicina, ICBM Programa de Biología Celular y Molecular Transcripción del DNA y Regulación de la expresión genética Curso de Biología Molecular y Genómica 2018 Dr. Héctor Toledo

2 Flujo de la información genética

3 Procarionte Eucarionte 0,5-1 m 1-10 m

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5 Compactación del DNA en eucariontes: Nucleosomas

6 Compactación del DNA en eucariontes: Nucleosomas

7 Compactación del DNA en eucariontes: Agrupación de nucleosomas

8 Compactación del DNA en eucariontes: Diversos grados de compactación: desde el nucleosoma hasta el cromosoma mitótico.

9 Estructura del RNA

10 (Hebra Molde)

11 COMPONENTES BASICOS DE LA TRANSCRIPCION DNA molde RNA polimerasa NTP: ATP UTP GTP CTP Síntesis en dirección 5-3

12 TRANSCRIPCION EN BACTERIAS

13 RNA polimerasa de E. coli Subunidad Gen Número Masa (kd) Función α rpoa 2 37 Se une a secuencias reguladoras β rpob Sitio catalítico β` rpoc Se une al DNA molde σ rpod 1 70 Reconoce el promotor

14 ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE LA RNA POL

15 Transcripción Hebra antisentido (no codificante) RNA transcrito Hebra codificante (sentido) Síntesis de RNA 5 3 a partir de un molde de DNA

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17 Nat Rev Microbiol :638

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19 Terminación de la transcripción dependiente de rho ( ) rho mrna Sitio de reconocimiento de rho ATP ADP

20 Rho independiente Horquilla Interacción débil El apareamiento de bases A:U es más débil que el G:C s.

21 Interacción específica: Reconocimiento de secuencias de bases en el DNA. No requiere separar las hebras Interacciones DNA-Proteínas Específicas Inespecíficas

22 TRANSCRIPCION EN EUCARIONTES Citoplasma DNA RNA Transcription RNA Processing mrna G Nucleo AAAAAA Export G AAAAAA

23 GENES INDIVIDUALES (ORGANIZACION MONOCISTRONICA) P 1 T P 2 T P 3 T mrnas PROTEINAS

24 Principios Generales de la transcripción en Eucariontes 1. Tres polimerasas 2. Promotores diversos, varían en número, naturaleza y localización 3. Múltiples factores de transcripción

25 RNA polimerasa de los eucariontes Tipo Localización Transcritos celulares I Nucleolo rrna 18S; 5,8S y 28S II Nucleoplasma mrna III Nucleoplasma trnas y rrna 5S

26 Comparación estructural de las RNA polimerasas de levadura y de E. coli

27 EN CADA ELEMENTO DE PROMOTOR SE UNE UNA PROTEINA LLAMADA FACTOR DE LA TRANSCRIPCION

28 Promotor eucarióntico Inr: secuencia iniciadora N: representa cualquier nucleótido Y: representa una pirimidina

29 Elementos del promotor mínimo de la RNAPII Elemento del promotor mínimo (Core promoter element, CPE): Secuencia conservada dentro del promotor mínimo que participa en el establecimiento de la transcripción En un principio se pensó que consistía en un elemento altamente conservado: elemento TATA Sin embargo cerca del 80% del total de promotores no contiene el elemento TATA

30 FACTORES DE TRANSCRIPCION A.- BASALES O GENERALES B.- TRANSACTIVADORES. SE UNEN A DNA EN ELEMENTOS DE PROMOTOR: SECUENCIAS RIO ARRIBA (UAS) (EN LEVADURA) POTENCIADORES (ENHANCER) (EN EUCARIONTES SUPERIORES) proximales- distales C.- COACTIVADORES. COMUNICAN AL TRANSACTIVADOR CON LA RNA POLIMERASA II

31 -Estructura de silla de montar -Se une al surco menor del DNA -Dobla DNA en unos 80º hacia el surco mayor

32 Síntesis de RNA en Eucariontes

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34 FACTORES DE TRANSCRIPCION A.- BASALES O GENERALES B.- TRANSACTIVADORES. SE UNEN AL DNA EN LOS ELEMENTOS DE PROMOTOR: SECUENCIAS RIO ARRIBA (UAS) (EN LEVADURA) POTENCIADORES (ENHANCER) (EN EUCARIONTES SUPERIORES) proximales- distales C.- COACTIVADORES. COMUNICAN AL TRANSACTIVADOR CON LA RNA POLIMERASA II

35 anywhere Genespecific -80 to -100 CCAAT -40 to -80 GGGCGG -25 to -30 TATA Too Many to Name CTF SP1 TFIID (TBP +TAF II s Qué se une en cada elemento de promotor?

36 Presencia de secuencias reguladoras son características de la estructura de cada gen gen1 gen2 En cualquiera parte Genespecific Genespecific -80 to -100 CCAAT Genespecific CCAAT Hasta -100 GGGCGG -25 to -30 TATA TATA INICIO DE LA TRANSCRIPCION +1 gen3 Genespecific CCAAT -40 to -80 GGGCGG TATA POTENCIADORES o ENHANCER Cada gen es regulado por factores diferentes Factores : activadores o represores de la transcripción

37 FT unido a secuencia potenciadora ENHANCER actúa a la distancia Activador FT RNA Pol II + TF II +1 enhancer DNA +1 = Coactivador

38 FACTORES DE TRANSCRIPCION A.- BASALES O GENERALES B.- TRANSACTIVADORES. SE UNEN A DNA EN ELEMENTOS DE PROMOTOR: SECUENCIAS RIO ARRIBA (UAS) (EN LEVADURA) POTENCIADORES (ENHANCER) (EN EUCARIONTES SUPERIORES) proximales- distales C.- COACTIVADORES. COMUNICAN A LOS TRANSACTIVADORES CON LA RNA POLIMERASA II

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40 Modificaciones Posttranscripcionales Procesamiento transcrito primario Capping Poliadenilación Splicing

41 Síntesis del Cap Nature (2016) 359

42 Término de la síntesis de mrna y síntesis de la cola de polia

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45 Mecanismo de splicing Ataque Nucleofílico enlace fosfodiester inusual 5-3 and 5-2 Ataque Nucleofílico

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48 PROCESAMIENTO ALTERNATIVO Varias señales de poliadenilación Varias señales de splicing

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51 REGULACION DE LA EXPRESION GENICA En bacterias

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53 PRINCIPIOS DE LA REGULACION DE LA EXPRESION GENICA A NIVEL DE TRANSCRIPCION EXPRESION CONSTITUTIVA El nivel de expresión depende de la arquitectura del promotor Promotor fuerte: cajas -10, -35 y separación entre ellas, semejantes al consenso. Promotor débil: diferente al consenso

54 PRINCIPIOS DE LA REGULACION DE LA EXPRESION GENICA A NIVEL DE TRANSCRIPCION - EXPRESION REGULADA (productos génicos cuyos niveles varían en respuesta a una señal molecular): - REPRESION - INDUCCION mediadas por interacciones proteína-dna específicas.

55 Nat Rev Microbiol :638

56 OPERON LACTOSA OPERON LACTOSA O = operador P = promotor Z: β galactosidasa ; Y: permeasa; A: galactosido transacetilasa

57 Regulación de la expresión del operon lactosa 1. en ausencia de lactosa

58 Regulación de la expresión del operón lactosa 2. en presencia de lactosa

59 REGULACION DE LA EXPRESION GENICA En Eucariontes

60 Compactación del DNA en eucariontes: Diversos grados de compactación: desde el nucleosoma hasta el cromosoma mitótico.

61 Remodelación de la cromatina: Acetilación Ac Ac Ac Ac Rpd3 Sin3 Transcripción activa Transcripción silenciada

62 Control de la expresión genética dependiente de ubiquitina Nat Cell Biol Rev. 2018, 19:59-70

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64 Current dogma suggests that high-energy consuming photoreceptors depend on glucose. A new study reveals that the retina also uses fatty acid β-oxidation for energy, and that dysregulated lipid and glucose photoreceptor energy metabolism may drive neovascular age-related macular degeneration (AMD). Joyal et al. show that in the mouse retina, fatty acids are used as an additional energy supply to glucose. However, when there are high levels of circulating fatty acids, Ffar1 senses this activity and suppresses the expression of the glucose transporter Glut1. This results in a reduction of α-kg, the stabilization of Hif-1α (hypoxia-inducible factor 1α) and the secretion of Vegfa, which results in neovascularization. The induction of Hif-1α in the event of metabolic starvation may cause such neovascularization in age-related macular degeneration (AMD). PEP, phosphoenolpyruvate. Nature Medicine :

65 TRANSCRIPCION GENICA ES REGULADA POR SEÑALES DEL MEDIO

66 Mecanismo de regulación de las síntesis de proteínas en eucariontes mediante RNA interferente

67 Podemos utilizar este mecanismo en beneficio de la salud? Cell, 150: , 2012

68 LA TRANSCRIPCION DEL DNA ES REGULADA POR SEÑALES DEL MEDIO AMBIENTE

69 Translational Control in Mammals Regulation of cap-dependent translation. mtorc1 links cell-intrinsic and -extrinsic signals to translation initiation by phosphory lating S6Ks and 4E-BPs. eif2 a phosphorylation represses translation. Excessively high or low translation activities are associated with neurodevelopmental and neurodegenerative diseases, respectively Cell (2014) 157:26

70 Terapia Génica Alcoholismo

71 Fin Gracias por su atención