Niveles de regulación y modificación La secuencia de aminoácidos de la proteína no siempre

refleja la secuencia continua de nucleótidos en el genoma

(No hay co-linealidad). Esto se produce por: Splicing de pre-mRNA: eliminación de intrones. Splicing alternativo: varios polipéptidos a partir de la

misma secuencia de DNA. Edición del mRNA: cambios en las secuencias

nucleotídicas, una vez transcripto (son provocadas intencionadamente).

Corrimiento del marco de lectura (Translationalframeshift): se obtiene más de un producto o productos similares con “saltos” en el DNA.

Procesamiento proteolítico de polipéptidos: en algunos casos se obtienen productos alternativos en diferentes tipos celulares.

Splicing de proteínas: eliminación de inteínas. Glicosilación, fosforilación y otras modificaciones

covalentes de proteínas.

Ausencia de co-linealida

Concepto de co-linealidad: una secuencia continua de nucleótidos en el DNA codifica para una secuencia continua de aminoácidos en l proteína.

Splicing alternativo

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Algunos RNA pueden ser procesados de más de una manera para producir diferentes mRNAs y, por lo tanto, diferentes polipéptidos. El transcripto primario tiene señales moleculares para todas las rutas alternativas de procesamiento. La ruta favorecida en la célula determinada depende de los factores de procesamiento, proteínas de unión a RNA que promueven una ruta particular. La maquinaria de splicing es regulable.

Los transcriptos complejos pueden tener más de un sitio de corte y poliadenilación, patrones de splicing alternativos, o ambos. Luego del splicing, puede haber un corrimiento del marco de lectura.En una célula con un gen se produce un transcripto y, en otra con el mismo gen, se produce otro, pudiendo dar lugar a dos proteínas diferentes. Esto se da por bloqueo de un sitio de splicing, el cual puede también sacar exones enteros.

El transcripto o mRNA primario se puede procesar de dos maneras, según los sitios de poliadenilación y corte que haya en el mismo. Estos sitios pueden ser “fuertes” o “débiles”, lo que interviene en su grado de reconocimiento y en la cantidad de cada transcripto que se produzca. En ambos casos se producen corrimientos en el marco de lectura.

Splicing alternativo vs clivaje diferencial

Corrimiento de marco de lectura (Translational Frameshift)

Una vez establecido el marco de lectura durante la síntesis de proteínas, normalmente, los otros dos marcos posibles no contienen información genética útil. No obstante, unos pocos genes están estructurados de tal manera que los ribosomas en un punto dado

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cambian de marco de lectura. Este mecanismo se usa tanto para producir dos o más proteínas relacionadas, pero distintas, a partir de un solo transcripto, como para regular la síntesis de una proteína. Es un proceso que se da durante la traducción o transcripción, pero no por causa de mutaciones.

Traducción del mRNA de los genes solapados gag y gag pol del virus del sarcoma de Rous:

El marco de lectura de pol está desplazado a la izquierda un par de bases (marco de lectura -1), en relación con el de gag a partir de un lugar específico en el mRNA. El producto de pol (transcriptasa reversa) se traduce inicialmente como una poliproteína (gag-pol) mayor, que utiliza el mismo mRNA que la proteína gag sola.

La poliproteína se modificada a continuación para dar la transcriptasa reversa madura mediante digestión proteolítica. La poliproteína se produce por un desplazamiento del marco de traducción en la región de solapamiento, lo que permite al ribosoma evitar el codón de terminación UAG al final del gen gag. Así, se pueden obtener más de un producto a partir de un mismo transcripto de mRNA. Este procedimiento está regulado por la estructura secundaria y la mayoría de las veces se produce gag, mientras que entre el 10-20 % se produce gag-pol.

Razones estructurales enlentecen la maquinaria de traducción y permiten que se produzca el corrimiento de marco de lectura, dando lugar por un lado y en mayor proporción a una proteína estructural y, por otro y en menor proporción, a una proteína de actividad enzimática. Esto está sumamente relacionado con que las enzimas se encuentran en “cantidades catalíticas” mientras que las estructurales se requieren en gran cantidad.

Traducción del factor de liberación RF2 de E. coli:

El codón 26 del gen de RF2 es UGA, que, normalmente, detendría la síntesis de proteínas. El resto del gen se encuentra en el marco de lectura +1, en relación con el UGA.

La traducción se detiene en este codón, pero no produce la terminación, a menos que RF2 se encuentre unido al codón (unión tanto menos probable cuanto menor sea el nivel de RF2). Se da lugar a una proteína truncada y cortita que no actúa como factor de liberación.

La ausencia de RF2 impide la terminación de la síntesis de proteínas en UGA y da tiempo para que se produzca el desplazamiento del marco de lectura. El UGA más la C que le sigue se lee, por lo tanto, GAC =Asp. La traducción continúa seguidamente en el nuevo marco de lectura para completar la síntesis de RF2.

Edición del mRNA

Describe los procesos moleculares en la que se altera el contenido de información en una molécula de RNA a través de un cambio químico en una base. Se produce en el núcleo celular y el citosol, así como en las mitocondrias y plastos. Estas modificaciones se producen con un propósito, no son cambios originados al azar. La edición se puede producir por modificación CU o AG

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Splicing de proteínas

El splicing proteico es un proceso autocatalítico que consiste básicamente en la remoción de una porción interna de un precursor proteico, seguido de la unión de las regiones que se encuentran a ambos lados de la porción extraída, quedando así constituida la proteína madura. Este proceso es similar a la maduración de RNAm en el núcleo y debido a ello se denomina también splicing. El fragmento de aminoácidos separado de la proteína es llamado inteína, y a las porciones restantes se las denomina exteínas.

Esto es de importancia en ingeniería genética y biotecnología, y es importante tenerlo en cuenta para la fabricación de proteínas artificiales.

Niveles de traducción

Dependen de la disponibilidad de mRNA, la cual depende de:

Niveles de transcripción y degradación. Transporte el mRNA al Citosol (RNP). Estabilización – Desestabilización del mRNA. Accesibilidad a la maquinaria de traducción (Asociación de proteínas con el mRNA).

Degradación de mRNA

Puede darse por varios caminos, existiendo un camino rápido y uno lento. Lo más importante es la degradación de la cola poli A, dado que si esta no está, el mRNA pierde estabilidad.

Control de la estabilidad del mRNA por regiones no traducibles

La velocidad de degradación de mRNA eucariota específicos cambia en respuesta a señales extracelulares.

Receptor de transferrina

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El receptor de transferrina sirve para ingresar hierro a las células. Es expresado en condiciones de bajo hierro para poder captar más hierro esencial para la célula. También es importante para reducir la captación de hierro cuando este elemento se encuentra en exceso en el medio.

La expresión del receptor está regulada por la proteína IRE-BP. En altas concentraciones de hierro, esta no se puede unir al mRNA porque cambia su conformación.

Mucho hierro aumenta la velocidad de degradación del mRNA de transferrina porque no está unido a IRE-BP. Esto conduce a una disminución de la cantidad de receptor de transferrina.

Poco hierroel mRNA de transferrina se estabiliza y aumenta la síntesis de la proteína receptora, porque está unido a IRE-BP y no se puede degradar la cola poli A.

Esta regulación de la estabilidad depende de elementos de respuesta al hierro (IRE) en la región no traducible 3´ del mRNA, y de una proteína fijadora de IRE (IRE-BP).

Ferritina

La ferritina es una proteína fijadora de hierro.

Mucho hierro se traduce ferritina, de manera que el hierro libre sea fijado por la ferritina. No se une el IRE-BP al mRNA.

Poco hierro la traducción de los mRNA de ferritina se reprime, de manera que el hierro introducido en la célula por el receptor de transferrina esté disponible para las enzimas que requieren este mineral. El IRE-BP se une al mRNA en su extremo C-terminal e impide el acceso de la maquinaria de traducción.

La misma proteína (IRES) regula dos cosas dependiendo de dónde está el módulo regulatorio.

Niveles de proteína activa

Dependen de:

Síntesis: niveles de accesibilidad del mRNA. Modificación: activación o inactivación. Degradación.

Las modificaciones postraduccionales de proteínas proveen el último nivel de control:

Fosforilación desactivación. Ubiquitinización es una proteína utilizada para la degradación.

Ataques covalentes a otras proteínas. Las proteínas ubiquitinizadas están marcadas para la degradación por los proteasomas.

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Todas las proteínas codificadas poseen una secuencia homóloga cerca del extremo N-terminal, llamada caja de destrucción. Las proteínas pueden ser modificadas por la adición de ubiquitina. La unión covalente de cadenas de ubiquitinas, un proceso denominado poliubiquitinización, marca las proteínas para su rápida degradación en los proteasomas, estructuras multiproteicas cilíndricas que contienen abundantes proteasas.

La adición de ubiquitina requiere de 3 tipos de enzimas.

Primero se activa la ubiquitina en su extremo carboxílico, por formación de un enlace tioéster con el residuo de cisteína de la enzima activadora de ubiquitina (E1).

Luego se transfiere la ubiquitina de E1 a la a la cisteína de una enzima conjugadora de ubiquitina (E2).

La E2 específica determina, junto con la ubiquitina ligasa (E3), el sustrato proteico al cual múltiples ubiquitinas se unirán de manera covalente a través de un residuo de lisina, lo que marca la proteína sustrato para su rápida degradación proteómica.

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