Regulación de la expresión genética en eucariontes
Regulación de la expresión genética a nivel TRANSCRIPCIONAL Bibliografía: Alberts MBOTC Cap. 4 y 7
Activadores Represores Coactivadores Factores de transcripción basal
Promotor Basal: 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 (enhancers). B) Proteínas represoras: interaccionan con las secuencias silenciadoras del gen (silencers).
Los factores de transcripción son proteínas de unión a DNA Dominio de unión a DNA Dominio transactivador Domino regulable (p.ej. por hormona)
Interacción de los dominios de unión a DNA con sus secuencias específicas a) Hélice-vuelta-Hélice b) Dedos de Zinc c) Cierre de Leucina d) Hélice-asa-Hélice
Receptores nucleares a hormonas (factores de transcripción específicos) y sus elementos de respuesta en el DNA (Enhancer/Silencer) Receptores a estrógenos, progesterona, testosterona Receptores a glucocorticoides (cortisona, hidrocortisona, dexametasona) Receptores a ácido retinoico, tiroxina y Vitamina D
Relevancia del Enhancer y su Posición respecto al Promotor Basal Promotor Basal Sin Promotor Basal Con enhancer Sin Promotor Basal Con enhancer y Promotor Basal Con enhancer y Promotor Basal Con enhancer y Promotor Basal Con enhancer y Promotor Basal
(a) Short region of DNA double helix Nucleosomes: the basic unit of chromatin 2 nm 11 nm could become inactive. The three phenomena are X inactivation, Los imprinting, diferentes and position-effect estados variegation. de la CROMATINA MESSAGE The chromatin of eukaryotes is not uniform. Highly condensed heterchromatic regions have fewer genes and lower recombination frequencies than do the less condensed euchromatic regions. Chromatin fiber of packed nucleosomes (b) 30 nm X inactivation in female mammals In Chapter 15, you will learn about the effects of gene copy number on the phenotype of an organism. For now, it is sufficient to know that the number of transcripts produced by a gene is usually proportional to the number of copies of that gene in a cell. Mammals, for example, are diploid and have two copies of each gene located on their autosomes. However, as discussed in Chapter 2, the number of the X and Y sex chromosomes differs between the sexes, with female mammals having two X chromosomes to only one in males. The mammalian X chromosome is thought to contain about 1000 genes. Females have twice as many copies of these X-linked genes and would normally express twice as much transcript from these genes as males. (Not having a Y chromosome is not a problem for females, because the very few genes on this chromosome are only required for the development of males.) This dosage imbalance is corrected by a process called dosage compensation, which makes the amount of most gene products from the two copies of the X chromosome in females equivalent to the single dose of the X chromosome in males. This equivalency is accomplished by random inac-
La expresión genética en eucariontes requiere de cambios en el estado de la cromatina
Desacetilasas de Histonas (HDACs) Complejos remodeladores de cromatina Acetilasas de Histonas (HATs)
El código de histonas (Modificaciones postraduccionales) # 'ift- #W scn e xo c e r.qnaxalst R s s RAG L Q F P vg RV-ir 1 5 9 1315 H2A PM A.A le ia 1.."4 I r l 'f I' l-r prrat<sapeprrcs;rtxevrfteq(i<ocxxn 5 12 141s 20 2324 A.& M$A':{.M YY l? Y Ml M MIP Y Y A*rKerARKS r GGKA n*lo rxno*l$ ApAr c G VK-K 2 4 9 r0 14 1718 "o 23 262728 36 79 119. "ffi' H2B \ Y 120 AAA PMA A M A M M ttltttll S,:Rl'XCCXI: L GKaIG1rKRHRKVLIT.DN T!G i L'-K 135812162079 N-terminal tails Sl"brbr. domains (A) bottom view M methylation I (B) P phosphorylation ffi acetvlation U I ubiquitylation
Cómo se interpreta el código de Histonas? (A) MM RK 24 M lp KS 910 AAA MvrlM I rl K RK K 14 1118 23 A M YI? M RKS K 262728 36 M r K 79 (B) modification state "meaning" M N 9 heterochromatin formation, gene silencing MA rl KK 49 gene expressron PA tl SK 10 14 gene expresston M I K 27 silencing of Hox genes, X chromosome inactivation
orotein modules scaffold binding to specific protein histone modifications on nucteosome Lectura del código de histonas cova lent modification on histone tail (mark) Transmisión de la información CODE READER BINDS AND ATTRACTS OTHER COMPONENTS protein complex with catalytic activities and additional binding sites Remodelación de cromatina Activación/ Silenciamiento Transcripcional
activates +. transcfl pi on Secuencia de eventos en la activación transcripcional
Señalización para la activación de los factores de transcripción específicos (CASO I) El ligando que estimula (cortisol) es liposoluble y entra a la célula. El GR se encuentra en complejo inactivo con Hsp y es liberado por el ligando. Entra a núcleo donde se dimeriza y actúa sobre sus elementos de respuesta estimulando la transcripción de genes específicos. Receptor a Glucocorticoides (GR)
Señalización para la activación de los factores de transcripción específicos (CASO II) Stat1α En este caso el ligando NO entra a la célula y su receptor es una proteína de membrana. Al unir el ligando, el receptor se activa por fosforilación y actúa como cinasa fosforilando a Stat1α en el citosol. Esta fosforilación promueve la dimerización y entrada al núcleo del factor transcripcional.
Los activadores pueden actuar de manera conjunta
Formas de acción de la proteína activadora Competencia con el Represor por el mismo sitio de unión
Formas de acción de la proteína activadora Enmascaramiento del dominio de transactivación
Formas de acción de la proteína activadora Interacción directa con factores de transcripción
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.
Regulación en el desarrollo por proteínas homeóticas (Embriones de Drosophila) Activadores transcripcionales Represores transcripcionales
Expresión del gen Eve
La zona de regulación involucra activadores y represores activadores represores
En la zona de la banda 2 se dan las condiciones de represor y activador
Regulación de la expresión genética a nivel POST-TRANSCRIPCIONAL
Cambios en la expresión genética a nivel TRADUCCIÓN A Regulación traducción! B B B B B B B B B B B B B B B B
Durante el desarrollo embrionario de Drosophila ocurre la traducción selectiva de mrnas en el embrión para determinar la polaridad del cuerpo de la mosca Traducción activa Traducción inactiva Traducción inactiva Traducción inactiva
En ausencia de HEMO se activa una proteína cinasa que fosforila a eif2. eif2 fosforilado no es capaz de intercambiar el GDP por GTP, ya que queda formando complejo inactivo con el eif2b. Hay depleción de complejo ternario e inhibición de la traducción. Regulación por grupo HEMO en eritrocitos
Regulación por sirnas Presencia de RNA de doble cadena (por virus, RNA antisentido, etc.) Se generan sirnas de 21 nt por corte con DICER Se forma RISC cargado con sirna y varias proteínas incluyendo ARGONAUTA RISC dirige el sirna a su mrna blanco con el cual forma complementariedad PERFECTA y promueve el corte y degradación de este mrna
Regulación por mirnas Los mirnas se transcriben por la RNA polimerasa II como transcritos primarios y son procesados por DROSHA en el núcleo Luego son exportados al citoplasma y son cortados por DICER a tamaño de 21 nt Los mirnas son tomados por RISC con ARGONAUTA y son dirigidos a sus mrna blanco con los cuales muestran complementariedad IMPERFECTA generalmente en sus regiones 3 UTR RISC cargado con mirnas dirige la inhibición traduccional de los mrnas blanco
RESUMEN Control transcripcional Control procesamiento del ARNm Control transporte del ARNm Control traduccional Control de la degradación del ARNm Control de la actividad proteica A- Factores de transcripción B- Grado de condensación de la cromatina C- Grado de metilación del ADN Empalme alternativo Grado de poliadenilación Mecanismos que determinan si el ARNm maduro sale o no a citosol Mecanismos que determinan si el ARNm presente en el citosol es o no traducido Mecanismos que determinan la supervivencia del ARNm en el citosol Mecanismos que determinan la activación o inactivación de una proteína, así como el tiempo de supervivencia de la misma.