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REGULACION GENICA EN
EUCARIOTAS
DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA
Flujo de la Información Genética
ADN
Replicación
Transcripción Traducción
PROTEINAARN
¿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.
TODAS LAS CÉLULAS DE UN ORGANISMO TIENEN LA MISMA INFORMACIÓN GENÉTICA
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
Las células de los diferentes tipos están dadas
porque en cada uno de ellos se están expresando
distintos grupos de genes.
REGULACION GENICA EN EUCARIOTA
LA REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA ES MAS COMPLEJA EN EUCARIOTAS
La transcripción se produce en el núcleo y la traducción en el citoplasma
El ADN esta empaquetado con proteínas formando la cromatina
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
LA REGULACIÓN GÉNICA ES MÁS COMPLEJA EN EUCARIOTAS
PROCARIOTAS EUCARIOTAS
ADN DESNUDOASOCIADO A PROTEINAS
FORMANDO LA CROMOATINA
Nº CROMOSOMAS UNO MUCHOS
ASOCIACION TRANSCRIPCION-TRADUCCION
SI NO
ARNm POLICISTRONICO MONOCISTRONICO
LA REGULACIÓN GÉNICA ES MÁS COMPLEJA EN EUCARIOTAS
3 ARNpol 1 ARNpol
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
Silenciamiento de genes
Movilidad de transposones
Organización de la
heterocromatina en la interfase
REGULACION GENICA: TRANSCRIPCIÓN
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 promotorSL1 formada por 4 proteínas (una de ella es la TBP-binding protein)se une a la secuencia TATA
ARN POLIMERASA II
Transcribe genes estructurales
Formada por entre 8 a 12 subunidades
Necesita al menos 7 factores de transcripción para iniciar el proceso, localizados en el extremo 5´del centrode inicio de la transcripción. Alguno de esos factores son: TFIIA, TFIIB y TFIID que se unen a la caja TATA.
ARN POLIMERASAS
DETALLES DE UN GEN EUCARIOTA
DETALLES DE UN GEN PROCARIOTA
ELEMENTOS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN
ELEMENTOS CIS ELEMENTOS TRANS
ELEMENTOS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN
REGULACION EN CIS
REGULACION EN TRANS
Cuando el elemento reguladortranscripcional es parte de la cadenapolinucleotídica donde se localiza el gena regular. Secuencias especiales delADN (promotores, secuencia consensoy activadores/silenciadores.
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.
ELEMENTOS EN CIS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN
Inr
Elemento
iniciador
DPE
Elemento
Promotor
ELEMENTOS EN CIS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN
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
SECUENCIAS DE RECONOCIMIENTO ESPECIFICO PARA FACTORES DE TRANSCRIPCION QUE AYUDAN A LA ARN-POL A COLOCARSE EN EL SITIO DE INICIACION DEL GEN
ELEMENTOS EN CIS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN
TATA boxGC boxCAAT box PROMOTOR
Inicio transcripción del ARNm
+1
-25/-30 nucleótidos
-100 nucleótidos
5’-GGCCAATCT-3’ 5’-TATAAAA-3’ 5’-GGGCGG-3’
BRE
REGIÓN ENTRE LA CAJA TATA Y EL NUCLEÓTIDO +1 NO AFECTAN SIGNIFICATIVAMENTE
LA TASA DE TRANSCRIPCIÓN
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
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.
ELEMENTOS EN CIS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN
ELEMENTOS DISTALES
INTENSIFICADORES (ENHANCER)
SILENCIADORES (SILENCERS)
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
ELEMENTOS EN CIS: INTENSIFICADORES O ENHANCERS
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
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.
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
ELEMENTOS EN TRANS: PROTEÍNAS REGULADORAS
ELEMENTOS CIS Y TRANS DE REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN
Adaptado de Meyrs 2007
REGULACION GENICA EN EUCARIOTA
AGRUPACIÓN EN FAMILIAS GENICAS
DOSIFICACIÓN GENICA, EJEMPLO HISTONAS
AMPLIFICACIÓN GENICA, EJEMPLO OOCITO DE XENOPUS LAEVIS
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.
LA PARTE VARIABLE DE LAS 4 CADENAS FORMA LA
ESTRUCTURA DISTINTIVA DE RECONOCIMIENTO DE
ANTIGENO.
REGULACION GENICA EN EUCARIOTA
Región variable
Región constante
REGULACION GENICA EN EUCARIOTA
LA REGULACION SE LLEVA A CABO POR DISTINTOS MECANISMOS QUE PUEDEN
ACTUAR:
PRETRANSCRIPCIONAL
TRANSCRIPCION
POSTRANCRIPCIONAL
TRADUCCION
POSTRADUCCIONAL
LA COMPACTACIÓN DE LA
CROMATINA AFECTA LA
CAPACIDAD DE UNIÓN DE
LAS ENZIMAS Y FACTORES DE
TRANSCRIPCIÓN DE GENES
REGULACIÓN PRETRANSCRIPCIONAL
REGULACIÓN PRETRANSCRIPCIONAL
REMODELACIÓN DE LA CROMATINA
ACETILACIÓN/DESACETILACIÓN
METILACIÓN
LA TRANSCRIPCIÓN DE UN GEN ESNECESARIO UNA ESTRUCTURA DE LACROMATINA ABIERTA (LA ARN POLIMERASAY LOS ACTIVADORES DEBEN UNIRSE AL ADN).
REMODELACIÓN DE LA CROMATINA
HIPERSENSIBILIDAD A ADNasa I: EN LOSGENES ACTIVOS SE OBSERVANNORMALMENTE REGIONES HIPERSENSIBLESA LA ADNasa I (SIN NUCLEOSOMAS O ADNUNIDOS DÉBILMENTE A ESTOS).
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.
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 acetilaciónCromatina mas condensada (inactiva),
genes reprimidos
Alto grado de acetilaciónCromatina menos condensada (activa),
genes no reprimidos
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.
METILACIÓN DE CITOSINAS
SE METILAN AMBAS CADENAS, GENERALMENTE
EN REGIONES DE DOBLETES GC.
• 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
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN: PROTEINAS REGULADORAS
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.
CIERRE DE LEUCINA DEDOS DE ZINC
HELICE-GIRO-HELICE
Lodish et al. 2002
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN: DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN
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.
DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN: ASA-HELICE-ASA
DOS ESTRUCTURAS EN HÉLICE ALFA:
- UNIÓN AL SURCO MAYOR DEL ADN
- UNIÓN A PROTEÍNAS
DOMINIOS DE FIJACIÓN AL ADN: DEDOS DE ZINC
LA β-HOJA PLEGADA SE RELACIONA
CON RESIDUOS DE CISTEINA
LA α-HELICE CONRESIDUOS DE
HISTIDINA
MOTIVO COMPUESTO POR 3 CADENAS
ANTIPARALELAS, UNA FORMA DE β-HOJA
PLEGADA Y LA OTRA α-HELICE, ESTABILIZADAS
POR UN ION ZINC
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
REGULACION GENICA EN EUCARIOTA
DOMINIOS DE ACTIVACION DE LA TRANSCRIPCION
RICOS EN AMINOACIDOS
RICOS EN GLUTAMINAS
GAL 4
SP1
RICOS EN PROTEINAS CTF/NF1
COMPLEJO DE TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS
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
COMPLEJO DE TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS
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
RECONOCEN SECUENCIAS PROMOTORAS
FACTORES DE TRASCRIPCIÓN QUE ACTUAN AGUAS ARRIBA
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