REGULACION GENICA EN EUCARIOTAS

Transcripción

1 REGULACION GENICA EN EUCARIOTAS

2 DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA Flujo de la Información Genética Transcripción Traducción ADN ARN PROTEINA Replicación

3 TODAS LAS CÉLULAS DE UN ORGANISMO TIENEN CODIFICADA LA MISMA INFORMACIÓN GENÉTICA? EN LOS ORGANISMOS PLURICELULARES EXISTE UNA CLARA DIFERENCIACIÓN CELULAR Y REPARTO DE FUNCIONES, QUE DAN LUGAR A LA FORMACIÓN DE LOS DISTINTOS TEJIDOS Y ÓRGANOS.

4 TODAS LAS CÉLULAS DE UN ORGANISMO TIENEN LA MISMA INFORMACIÓN GENÉTICA Las células de los diferentes tipos están dadas porque en cada uno de ellos se están expresando distintos grupos de genes. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA

5 REGULACION GENICA EN EUCARIOTA LA REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA ES MAS COMPLEJA EN EUCARIOTAS El ADN esta empaquetado con proteínas formando la cromatina La transcripción se produce en el núcleo y la traducción en el citoplasma Los transcriptos son procesados antes de ser transportados al citoplasma La mayoría de eucariotas son organismos pluricelulares con expresión génica diferencial en cada tipo celular y un gran número de genes

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7 LA REGULACIÓN GÉNICA ES MÁS COMPLEJA EN EUCARIOTAS ADN PROCARIOTAS DESNUDO EUCARIOTAS ASOCIADO A PROTEINAS FORMANDO LA CROMOATINA Nº CROMOSOMAS UNO MUCHOS ASOCIACION TRANSCRIPCION- TRADUCCION SI NO ARNm POLICISTRONICO MONOCISTRONICO

8 LA REGULACIÓN GÉNICA ES MÁS COMPLEJA EN EUCARIOTAS 3 ARNpol 1 ARNpol

9 REGULACION GENICA: TRANSCRIPCIÓN TIPO DE POLIMERASA PRODUCTO LOCALIZACION I ARNr NUCLEO II ARNm, ARNsn NUCLEOPLASMA III 5S, ARNt, ARNr NUCLEOPLASMA Cada polimerasa tiene distintos factores que actúan en la regulación de la transcripción y distintos mecanismos de silenciamiento

10 REGULACION GENICA: TRANSCRIPCIÓN Silenciamiento de genes Movilidad de transposones Organización de la heterocromatina en la interfase

11 ARN POLIMERASA I Transcribe principalmente genes de ARNr Formada por 13 subunidades Necesita al menos 2 factores de transcripción para iniciar el proceso: UBF1 polipéptido que se une a una región rica en GC en el núcleo del promotor SL1 formada por 4 proteínas (una de ella es la TBP-binding protein)se une a la secuencia TATA Transcribe genes estructurales Formada por entre 8 a 12 subunidades ARN POLIMERASA II Necesita al menos 7 factores de transcripción para iniciar el proceso, localizados en el extremo 5 del centro de inicio de la transcripción. Alguno de esos factores son: TFIIA, TFIIB y TFIID que se unen a la caja TATA.

12 ARN POLIMERASAS

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14 DETALLES DE UN GEN EUCARIOTA

15 DETALLES DE UN GEN PROCARIOTA

16 ELEMENTOS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN ELEMENTOS CIS ELEMENTOS TRANS

17 ELEMENTOS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN REGULACION EN CIS Cuando el elemento regulador transcripcional es parte de la cadena polinucleotídica donde se localiza el gen a regular. Secuencias especiales del ADN (promotores, secuencia consenso y activadores/silenciadores. REGULACION EN TRANS Cuando los elementos regulatorios son de naturaleza y origen diferente a la secuencia genética a controlar. Por ejemplo: factores de transcripción generales, histoespecíficos y todas las proteínas regulatorias con capacidad de unión al ADN.

18 ELEMENTOS EN CIS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN Inr Elemento iniciador DPE Elemento Promotor

19 ELEMENTOS EN CIS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN SECUENCIAS DE RECONOCIMIENTO ESPECIFICO PARA FACTORES DE TRANSCRIPCION QUE AYUDAN A LA ARN- POL A COLOCARSE EN EL SITIO DE INICIACION DEL GEN PROMOTOR MÍNIMO unión del aparato de transcripción basal, entre caja TATA y sitio de inicio de la transcripción. PROMOTOR REGULADOR aguas arriba del promotor mínimo, unión de proteínas activadoras de la transcripción

20 ELEMENTOS EN CIS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN Inicio transcripción del ARNm 5 -GGCCAATCT-3 5 -GGGCGG-3 5 -TATAAAA-3 +1 BRE CAAT box GC box TATA box PROMOTOR -25/-30 nucleótidos -100 nucleótidos

21 MUTACIONES EN LAS SECUENCIAS CONSENSO LAS MUTACIONES PUEDEN CAMBIAR LA AFINIDAD DE UNIÓN DE LA ARNPOL II A CUALQUIER PROMOTOR EN CAJA TATA: REDUNDAN EN UNA BAJA DE LA TASA DE TRANSCRIPCIÓN POR ARNPOL II REGIÓN ENTRE LA CAJA TATA Y EL NUCLEÓTIDO +1 NO AFECTAN SIGNIFICATIVAMENTE LA TASA DE TRANSCRIPCIÓN

22 ELEMENTOS EN CIS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN INTENSIFICADORES (ENHANCER) ELEMENTOS DISTALES SILENCIADORES (SILENCERS) PUEDEN LOCALIZARSE EN SENTIDO 5 O 3 DEL GEN, O INCLUSO DENTRO DEL MISMO. PUEDE INVERTIRSE SU ORIENTACIÓN SIN CAMBIAR SU EFECTO. AL MOVERLOS A OTRA POSICIÓN DEL GENOMA AFECTAN A LA EXPRESIÓN DE LOS GENES ADYACENTES. REGULAN LA EXPRESIÓN GÉNICA ESPECIFICA TISULAR Y TEMPORAL.

23 ELEMENTOS EN CIS: INTENSIFICADORES O ENHANCERS ACTUAN A GRANDES DISTANCIAS DEL GEN QUE ACTIVAN PUEDEN AFECTAR CUALQUIER GEN SITUADO EN SUS PROXIMIDADES SON ESPECIFICOS DE TEJIDO Y DE ESPECIE PUEDEN MODIFICAR LA ESTRUCTURA ESPACIAL DEL ADN O SU VELOCIDAD DE TORSION PUEDEN SER RECONOCIDAS POR UNA O VARIAS PROTEINAS REGULADORAS

24 ELEMENTOS EN CIS: SILENCIADORES ACTUAN A GRANDES DISTANCIAS DEL GEN QUE ACTIVAN AFECTAN LA TASA DE TRASCRIPCION, DISMINUYENDOLA O INHIBIENDOLA SON RECONOCIDOS POR PROTEINAS QUE BAJAN O INHIBEN EL RECONOCIMIENTO DEL PROMOTOR

25 ELEMENTOS EN TRANS: PROTEÍNAS REGULADORAS ELEMENTOS QUE ACTÚAN EN TRANS: SON PROTEÍNAS REGULADORAS QUE SE UNEN A SECUENCIAS DE RECONOCIMIENTO ESPECÍFICAS DEL ADN. FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN BASAL O GENERAL: SE UNEN AL PROMOTOR MÍNIMO PARA INICIAR LA TRANSCRIPCIÓN. FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN: PROTEÍNAS QUE SE PUEDEN UNIR A SECUENCIAS DEL PROMOTOR, ACTIVADORES Y SILENCIADORES AFECTANDO A LA TRANSCRIPCIÓN. SI INCREMENTAN LA TRANSCRIPCIÓN SE DENOMINAN ACTIVADORES, SI LA DISMINUYEN REPRESORES. CONTROLAN EL NIVEL DE EXPRESIÓN Y LA ESPECIFICIDAD TISULAR Y TEMPORAL.

26 ELEMENTOS EN TRANS: PROTEÍNAS REGULADORAS FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN ACTIVADORES REPRESORES LA ARNpol 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

27 ELEMENTOS CIS Y TRANS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN Adaptado de Meyrs 2007

28 REGULACION GENICA EN EUCARIOTA AGRUPACIÓN EN FAMILIAS GENICAS DOSIFICACIÓN GENICA, EJEMPLO HISTONAS AMPLIFICACIÓN GENICA, EJEMPLO OOCITO DE XENOPUS LAEVIS

29 REGULACION GENICA EN EUCARIOTA Región variable VARIOS GENES INTERVIENEN PARA CONFORMAR UNA INMUNOGLOBULINA (LINFOCITOS B) FORMADA POR 2 CADENAS LIGERAS Y 2 CADENAS PESADAS, UNIDAS POR PUENTE DISULFURO CADA CADENA TIENE UN EXTREMO CARBOXILO QUE ES CONSTANTE Y UN EXTREMO AMINO QUE ES VARIABLE. Región constante LA PARTE VARIABLE DE LAS 4 CADENAS FORMA LA ESTRUCTURA DISTINTIVA DE RECONOCIMIENTO DE ANTIGENO.

30 REGULACION GENICA EN EUCARIOTA LA REGULACION SE LLEVA A CABO POR DISTINTOS MECANISMOS QUE PUEDEN ACTUAR: PRETRANSCRIPCIONAL TRANSCRIPCION POSTRANCRIPCIONAL TRADUCCION POSTRADUCCIONAL

31 REGULACIÓN PRETRANSCRIPCIONAL LA COMPACTACIÓN DE LA CROMATINA AFECTA LA CAPACIDAD DE UNIÓN DE LAS ENZIMAS Y FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN DE GENES

32 REGULACIÓN PRETRANSCRIPCIONAL REMODELACIÓN DE LA CROMATINA ACETILACIÓN/DESACETILACIÓN METILACIÓN

33 REMODELACIÓN DE LA CROMATINA LA TRANSCRIPCIÓN DE UN GEN ES NECESARIO UNA ESTRUCTURA DE LA CROMATINA ABIERTA (LA ARN POLIMERASA Y LOS ACTIVADORES DEBEN UNIRSE AL ADN). HIPERSENSIBILIDAD A ADNasa I: EN LOS GENES ACTIVOS SE OBSERVAN NORMALMENTE REGIONES HIPERSENSIBLES A LA ADNasa I (SIN NUCLEOSOMAS O ADN UNIDOS DÉBILMENTE A ESTOS).

34 AL ACERCARSE LA ARNPOL, EL NUCLEOSOMA SE DESENSAMBLA PARCIALMENTE Y SE VUELVE A RESTITUIR CUANDO FINALIZA LA TRANSCRIPCIÓN. EL NUCLEOSOMA SE DESPLAZA, PERMITIENDO LA INTERACCIÓN DE LA ARNPOL.

35 ACETILACIÓN DE HISTONAS Los grupos animo de las Lys están protonados en cada histona y le confiere una fuerte carga + que le permite la interacción con el ADN. La acetilación de las Lys no les permite estar protonadas y así las histonas y pierden la carga +, pudiendo la cromatina descondensarse mas fácilmente. Bajo grado de acetilación Cromatina mas condensada (inactiva), genes reprimidos Alto grado de acetilación Cromatina menos condensada (activa), genes no reprimidos

36 METILACIÓN DE CITOSINAS LA METILACION OCURRE EN EL CARBONO 5 DE LAS CITOCINAS MEDIANTE LA ACCION DE LA ENZIMA ADNmetiltransferasa. LA 5-METILCITOSINA PUEDE POR SI SOLA ES CAPAZ DE IMPEDIR LA UNIÓN DE LA MAQUINARIA DE TRANSCRIPCIÓN O DE ACTIVADORES. SE METILAN AMBAS CADENAS, GENERALMENTE EN REGIONES DE DOBLETES GC.

37 FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN: PROTEINAS REGULADORAS LA ARN POL. II NO PUEDE INICIAR LA TRANSCRIPCIÓN POR SÍ SOLA: LOS FACTORES SON NECESARIOS PARA LA ACTIVACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN PROTEÍNAS MODULARES: TIENEN UN DOMINIO DE FIJACIÓN Y UNO O MÁS DOMINIOS DE ACTIVACIÓN ACCIÓN TRANS

38 FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN: DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN SIRVEN PARA TRAER A LAS PROTEINAS AL LUGAR CORRECTO, ACERCANDO EL DOMINIO DE ACTIVACION CERCA DEL SITIO DE INICIACION. INTERACTUAN CON EL ADN ENSECUENCIAS ESPECIFICAS. HELICE-GIRO-HELICE CIERRE DE LEUCINA DEDOS DE ZINC

39 FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN: DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN Lodish et al. 2002

40 DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN: CIERRE DE LEUCINA REGIONES DE 35 AMINOÁCIDOS EN LAS QUE LAS LEUCINAS SE REPITE CADA 7 AMINOÁCIDOS. PERMITE LA FORMACION DE DIMEROS, PERMITIENDO QUE LOS EXTREMOS N-TERMINALES DE LA PROTEINA PUEDAN UNIRSE AL SURCO MAYOR DEL ADN.

41 DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN: ASA-HELICE-ASA DOS ESTRUCTURAS EN HÉLICE ALFA: - UNIÓN AL SURCO MAYOR DEL ADN - UNIÓN A PROTEÍNAS

42 DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN: DEDOS DE ZINC MOTIVO COMPUESTO POR 3 CADENAS ANTIPARALELAS, UNA FORMA DE β-hoja PLEGADA Y LA OTRA α-helice, ESTABILIZADAS POR UN ION ZINC LA β-hoja PLEGADA SE RELACIONA CON RESIDUOS DE CISTEINA LA α-helice CONRESIDUOS DE HISTIDINA

43 FACTORES DE TRASCRIPCIÓN: 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

44 REGULACION GENICA EN EUCARIOTA DOMINIOS DE ACTIVACION DE LA TRANSCRIPCION RICOS EN AMINOACIDOS GAL 4 RICOS EN GLUTAMINAS SP1 RICOS EN PROTEINAS CTF/NF1

45 COMPLEJO DE TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS

46 COMPLEJO DE TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS SE UNEN AL PROMOTOR MÍNIMO Y A LOS ELEMENTOS PROXIMALES. AYUDAN A LA ARNpol II A INICIAR LA TRANSCRIPCIÓN. UNIÓN A LA ARNpol II Y A LA CAJA TATA (TBP), DESENROLLAMIENTO DEL ADN, FOSFORILACIÓN DE LA ARNpol II FORMAN EL COMPLEJO DE INICIACIÓN. SE REQUIEREN FACTORES ADICIONALES PARA UN NIVEL ADECUADO DE TRANSCRIPCIÓN

47 COMPLEJO DE TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS

48 FACTORES DE TRASCRIPCIÓN QUE ACTUAN AGUAS ARRIBA RECONOCEN SECUENCIAS PROMOTORAS FACTOR PROMOTOR SECUENCIA UPSTREAM QUE MODULA CONSENSO TBP cajas TATA TATAAAA SP1 islas CpG GGGCGG ATF ATF GTGACGT CTF/NF1 cajas CAAT GGCCAATCT Oct 1 y 2 octámeros ATTTGCAT

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50 TERMINACION DE LA TRANSCRIPCIÓN ARNpol I : requiere un factor de terminación que se une corriente abajo de la terminación ARNpol II : sin señalización; continúa transcribiendo y posteriormente se realiza un corte enzimático. El fragmento 5 es degradado por Rat1. ARNpol III : síntesis de una secuencia terminadora poli-u