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Universidad Nacional Autónoma de México
Curso Genética y Biología Molecular (1630)Licenciatura
Químico Farmacéutico Biológico
Facultad de Química
Dra. Herminia Loza TaveraProfesora Titular de Carrera
Departamento de BioquímicaLab 105, Edif E
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VIII. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
Objetivo general– El alumno identificará los diferentes
mecanismos que operan en la regulación de la expresión genética en procariontes y eucariontes
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Objetivos particulares
VIII. Regulación de la expresión genética
El alumno... Conoci-miento
Compren-sión
Aplica-ción
2. Regulación genética en eucariontes
2.1. Conocerá el papel de la cromatina y de los nucleosomas en la regulación genética.
X
2.2. Conocerá las características de los factores de transcripción y su papel en la regulación de la expresión genética.
X
2.3. Conocerá el papel de las hormonas esteroides en la regulación de la expresión genética.
X
2.4. Conocerá la importancia del control post-transcripcional de la expresión genética (microRNAs).
X
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Dos genomas muy similares (98% de identidad en su secuencia)
La diferencia crucial radica en sus mecanismos de regulación génica
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Dos células con el mismo genoma y diferente fenotipo
Los mecanismos de regulación génica son los encargados de la diferenciación celular
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En eucariontes hay muchos puntos de regulación
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Diferentes niveles de regulación genética
Regulación transcripcional
Regulación post-transcripcional
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Regulacióntraduccional
Regulaciónpost-traduccional
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Regulación Transcripcional(a nivel de DNA)
Componentes fundamentales
Secuencias definidas en el DNA (p. ej. región operadora del operón lac en procariotes) (factores en cis)
Proteínas reguladoras que reconocen dichas secuencias y se unen a ellas (p. ej. represor del operón lac en procariotes) (factores en trans)
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Promotor: 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.
C) Proteínas activadoras: interaccionan con las secuencias intensificadoras del gen.
D) Proteínas represoras: interaccionan con las secuencias silenciadoras del gen.
Componentes fundamentales de la regulación transcripcional
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Secuencias definidas en el DNA
*URE (Elementos regulatorios “río arriba”). Son sitios de unión de otras proteínas (factores de transcripción) que facilitan la unión de la RNA polimerasa y la transcripción de ese gen. De 100 a 200 pb del inicio.Enhancers (Secuencias Intensificadoras). Regiones en el DNA que están alejadas por más de 1000 pb del sitio de inicio y que activan al promotor para que ocurra una transcripción más eficiente.
Inicio de la transcripción
Caja TATA: TATA(A/T)A(A/T)
-18 - 25 nts
(-1000)
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Factores de transcripción(basales y específicos)
ActivadoresRepresores
CoactivadoresFactores de
transcripción basal
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Los factores de transcripción hacen contacto con la doble hélice mediante: Puentes de hidrógeno
Enlaces iónicos
Interacciones hidrofóbicas
Por si solas, dichas interacciones son débiles, pero el hecho de que sean múltiples hace que el complejo proteína-DNA esté unido muy fuertemente, además de darle específicidad a la unión
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Los factores de transcripción reconocen regiones específicas en la doble hélice, determinadas por la secuencia
Reconocen patrones de donadores y aceptores de puentes de hidrógeno, y zonas hidrofóbicas, principalmente en el surco mayor
Código de reconocimiento
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No todos los factores de transcripción reconocen al DNA en su estructura regular
Se creía que todo el DNA de una célula tenía una estructura homogénea
Nuevos estudios han revelado que existen zonas con “irregularidades” en la estructura del DNA. Muchas de ellas hacen que la doble hélice se doble y dependen de la secuencia (p. ej. AAAANN).
Ciertos factores de transcripción reconocen específicamente estas zonas de DNA “curvo”
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Factores de Transcripción Además de los factores de transcripción generales que forman el
complejo basal de transcripción, hay otras proteínas que se unen con alta afinidad a motivos específicos en los promotores, en los elementos regulatorios y en las regiones intensificadoras.
Cremallera (zipper) de leucinas
Hélice – vuelta – Hélice Dedos de Zinc
Poseen dos actividades • Se unen fuertemente al
DNA• Activan (Activadores) o
reprimen (Represores) la transcripción
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Estas dos actividades distintas residen en dominios discretos y bien caracterizados de
los factores de transcripción Además, pueden tener dominio de dimerización, pues es
frecuente que actúen como homodímeros o heterodímeros. Algunos factores de transcripción también tiene un dominio de
unión a un ligando, por ejemplo, a una hormona.
Dominio de Unión al DNA Dominio de Dimerización
Dominio de Transactivación
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Dominios de unión al DNA
Hélice-Vuelta-Hélice
Dominio Hélice-vuelta-Hélice.
4 Hélices alfa.
Las hélice 2 y 3 están separadas por un giro de tal manera que quedan en ángulo recto.
Una o dos hélices se unen al surco mayor del DNA
Secuencia específica reconocida por la proteína Cro del bacteriofago lambda
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Ejemplos de dominios hélice-vuelta-hélice
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Los motivos hélice-vuelta-hélice están presentes en factores de transcripción
homeóticosLos factores de transcripcion homeóticos regulan la
expresión de genes durante el desarrollo embrionario.
Estos factores de transcripción se encuentran altamente conservados en eucariontes.
La posicion de sus genes en el cromosoma se encuentra en el mismo orden de las regionesdel embrión cuyo desarrollo controlan.
antenapedia
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Inducción de ojos ectópicos en Drosophila mediante la mutación del factor de transcripción (activador) ey
Factores de transcripción homeóticos
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Dominios de unión al DNA
Dedo de Zinc
Dominio dedo de Zinc
Se forma un asa de 12 aminoácidos que contiene 2 His y 2 Cys. Estos AA coordinan a un ión Zn2+
Esta estructura se repite tres o más veces a lo largo del dominio.
Ejemplo:Factor de transcripción Sp1
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Dominio de dimerización
Zipper de Leucina
Zippers de Leucina
Contiene una región rica en Leu (cada 7 aa, hay Leu).
Se forma una superficie hidrofóbica en una hélice
Esta estructura se forma en las dos subunidades que forman el dímero. Hay interacciones hidrofóbicas entre ellas.
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No es posible predecir de manera precisa las secuencias de DNA que reconocerán los distintos factores
de transcripción
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La expresión genética en eucariontes requiere de cambios en el estado de la
cromatina
Acetilación
Remodelaciónde la cromatina
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Los activadores ayudan a reclutar acetilasas de histona y al complejo de
remodelación de la cromatina
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Desacetilasas de Histonas
(HDACs)
Acetilasas de Histonas(HATs)
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Del código genético al código epigenético
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Los activadores actúan de manera sinérgica
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Mecanismos de acción de los represores
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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.
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Estructuras que permiten interacción entre proteínas alejadas
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RNA de interferencia:Fenómeno de silenciamiento génico post-trascripcional mediado por un dsRNA con secuencia complementaria a
un mRNA específico
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RNA de interferencia (RNAi)
RNAi
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RNAi
El mRNA es degradado
dsRNA dirigido contra un mRNA específico
El complejo reconoce a un mRNA específico
RNAi
dsRNA-GFP
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RNAi en la célulaDiferentes procesos generan RNA de doble cadena
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Mecanismo de generación de RNAi
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El RNAi tiene diversas aplicaciones Cáncer: silenciamiento de oncogenes, determinación de
genes involucrados en la resistencia a fármacos Enfermedades infecciosas: VIH, influenza,
herpesvirus, papilomavirus. Estudio de la función de un gen mediante su
silenciamiento
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Receptores nucleares a hormonas Receptores a estrógenos, progesterona, testosterona Receptores a glucocorticoides (cortisona, hidrocortisona,
dexametasona) Receptores a ácido retinoico, tiroxina y Vitamina D
Regulación por hormonas
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Superfamilia de receptores nucleares
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Receptores nucleares tipo IEl receptor unido a una HSP (Heat Shock Protein) se encuentra en el citoplasma
Receptores de hormonas sexuales y de glucocorticoides
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Receptores nucleares tipo II
Receptores de vitaminas A y D, ácido retinoico y hormona tiroidea
El receptor se encuentra en el núcleo, unido al DNA y está inactivado por un co-represor
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Otros receptores de hormonas están en la membrana plasmática y se requiere de una cascada
de señalización para la transcripción de genes
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Control transcripcional Factores de transcripciónGrado de condensación de la cromatinaGrado de metilación
Control post-transcripcional
Splicing alternativoCappingPoliadenilación
Control transporte del mRNA
Mecanismos que determinan si el mRNA maduro sale o no a citosol
Control traduccional Mecanismos que determinan si el mRNA presente en el citosol es o no traducido
Control de la degradación del mRNA
Mecanismos que determinan la supervivencia del mRNA en el citosol
Control de la actividad proteica
Mecanismos que determinan la activación o desactivación de una proteína, como así también el tiempo de supervivencia de la misma.
Resumen de los mecanismos de regulación genética en eucariontes