Regulación de la Expresión Génica en Eucariotas

Transcripción

1 Regulación de la Expresión Génica en Eucariotas

2 Regulación de la Expresión Génica 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.

3 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.

4 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

5 REGULACIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS

6 Niveles de Regulación de la Expresión Génica en Eucariotas Vida media de la proteína

7 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

8 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.

9 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.

10 CONFORMACION Y ESTRUCTURA DEL ADN 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).

11 CONFORMACIÓN 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 ( m CpG ---3 ) que generalmente se agrupan en islotes ricos en CG, con frecuencia dentro o cerca de regiones reguladoras de la transcripción.. 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

12 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).

13 REGULACIÓN EN CIS Secuencias Reguladoras promotoras reguladoras proximales reguladoras a distancia

14 TRANSCRIPCIÓN ARN POLIMERASAS-ADN DIRIGIDAS ARN pol. I nucleolo ARN pol. II nucleoplasma ARN pol. III nucleoplasma ARNr ARNm ARNt

15 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.

16 SECUENCIAS PROMOTORAS: CAJAS TATA caja TATA inicio transcripción del ARNm TATA +1 aprox. -25 nucleótidos factor de reconocimiento: TBP

17 SECUENCIAS PROMOTORAS: CAJAS CAAT caja CCAAT inicio transcripción del ARNm CCAAT +1 Entre -50 y -130 nucleótidos factor de reconocimiento: proteína C/EBP (CCAAT-box /enhancer/binding/protein)

18 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

19 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

20 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.

21 SECUENCIAS REGULADORAS: ELEMENTOS PROXIMALES elemento proximal del promotor -100 a -200 inicio transcripción del ARNm promotor +1 inserción (>50 pb) afecta la acción del elem. prox.

22 SECUENCIAS REGULADORAS: SITIOS AMPLIFICADORES inicio transcripción del ARNm a -50 kb +10 a +50 kb dentro del gen (intrónicas)

23 SECUENCIAS REGULADORAS Activadores, coactivadores, represores Aparato de transcripción basal/ promotor mínimo

24 CAMBIOS DE SECUENCIA Linfoma de Burkitt: t(8;14) 8 14 protooncogen c-myc amplificador potente de IgM t(8q;14q) expresión de un ARNm quimérico c-myc-igm

25 CAMBIOS DE SECUENCIA Linfoma de Burkitt: t(8;14)

26 REGULACIÓN EN TRANS PROTEÍNAS REGULADORAS Factores de transcripción Activadores Represores

27 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

28 FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN GENERALES 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 Lodish et al. 2002

29 FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN UPSTREAM Reconocen secuencias promotoras y se unen a ellas Factor promotor secuencia upstream que modula consenso TBP cajas TATA TATAAAA SP1 islas CpG GGGCGG ATF ATF GTGACGT CTF/NF1 cajas CAAT GGCCAATCT

30 Lodish et al FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN

31 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

32 DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN: Homeodominio Lodish et al. 2002

33 DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN: hélice-giro-hélice

34 DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN: hélice-giro-hélice DEDOS DE ZINC

35 DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN: CREMALLERAS DE LEUCINA

36 DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN: PUÑOS DE COBRE

37 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

38 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

39 PROCESAMIENTO POST-TRANSCRIPCIONAL DEL ARNM agregado del capuchón 5 empalme de exones poliadenilación 3

40 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

41 Procesamiento post-transcripcional 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

42 Procesamiento post-transcripcional EMPALME ALTERNATIVO

43 Procesamiento post-transcripcional EMPALME ALTERNATIVO

44 Estabilidad del ARNm Variación en la vida media del ARNm: ARNm procariotas: 1-5 min ARNm eucariotas: c-fos 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.

45 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.

46 Regulación a nivel postraduccional Se trata de glicosilaciones fosforilaciones, acetilaciones Se puede dar el caso de poliproteínas que sufren cortes, mecanismo común en la síntesis de hormonas peptídicas como la insulina

47 FIN