Transcripción del DNA y

Regulación de la

expresión genética

Universidad de Chile, Facultad de Medicina,

ICBM

Programa de Biología Celular y Molecular

Curso de Biología Molecular y Genómica

2018

Dr. Héctor Toledo

Flujo de la información genética

0,5-1m

1-10 m

Procarionte

Eucarionte

Compactación del DNA en eucariontes:

Nucleosomas

Compactación del DNA en eucariontes:

Nucleosomas

Compactación del DNA en eucariontes:

Agrupación de nucleosomas

Compactación del

DNA en eucariontes:

Diversos grados de compactación:

desde el nucleosoma hasta el cromosoma

mitótico.

Estructura del RNA

(Hebra Molde)

COMPONENTES BASICOS DE LA TRANSCRIPCION

DNA molde RNA polimerasa NTP: ATP UTP GTP CTP

Síntesis en dirección 5´-3´

TRANSCRIPCION EN BACTERIAS

RNA polimerasa de E. coli

Subunidad Gen Número Masa (kD) Función

α rpoA 2 37 Se une a secuencias

reguladoras

β rpoB 1 151 Sitio catalítico

β` rpoC 1 155 Se une al DNA

molde

σ rpoD 1 70 Reconoce el

promotor

ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE LA RNA POL

Síntesis de RNA 5’ 3’ a partir de un molde de DNA

Transcripción

Hebra antisentido (no codificante)

Hebra codificante (sentido)

RNA transcrito

Nat Rev Microbiol. 2016. 14:638

Terminación de la transcripción dependiente de rho ()

Sitio de reconocimiento

de rho

rho

ADP

mRNA

ATP

“Horquilla”

Interacción débil El apareamiento de bases A:U

es más débil que el G:C’s.

Rho independiente

Interacciones

DNA-Proteínas

• Específicas

• Inespecíficas

Interacción específica: Reconocimiento de secuencias

de bases en el DNA.

No requiere separar las hebras

DNA

Citoplasma

Nucleo

TRANSCRIPCION EN

EUCARIONTES

Export

G AAAAAA

RNA

Transcription

G AAAAAA

RNA Processing

mRNA

P 1 T P 2 T P 3 T

mRNAs

GENES INDIVIDUALES (ORGANIZACION MONOCISTRONICA)

PROTEINAS

Principios Generales de la

transcripción en Eucariontes

1. Tres polimerasas

2. Promotores diversos, varían en número,

naturaleza y localización

3. Múltiples factores de transcripción

RNA polimerasa de los eucariontes

Tipo Localización Transcritos celulares

I Nucleolo rRNA 18S; 5,8S y 28S

II Nucleoplasma mRNA

III Nucleoplasma tRNAs y rRNA 5S

Comparación estructural de las RNA

polimerasas de levadura y de E. coli

EN CADA ELEMENTO DE PROMOTOR SE UNE UNA

PROTEINA LLAMADA FACTOR DE LA TRANSCRIPCION

Promotor eucarióntico

Inr: secuencia iniciadora

N: representa cualquier nucleótido

Y: representa una pirimidina

Elementos del promotor mínimo de la RNAPII

En un principio se pensó que

consistía en un elemento altamente

conservado: elemento TATA

Sin embargo cerca del 80% del

total de promotores no

contiene el elemento TATA

Elemento del promotor mínimo (Core promoter element, CPE): Secuencia

conservada dentro del promotor mínimo que participa en el establecimiento de la

transcripción

FACTORES DE TRANSCRIPCION

A.- BASALES O GENERALES

B.- TRANSACTIVADORES. SE UNEN A DNA EN

ELEMENTOS DE PROMOTOR:

SECUENCIAS RIO ARRIBA (UAS) (EN LEVADURA)

POTENCIADORES (ENHANCER) (EN EUCARIONTES

SUPERIORES)

proximales- distales

C.- COACTIVADORES. COMUNICAN AL

TRANSACTIVADOR CON LA RNA POLIMERASA II

-Estructura de silla de montar

-Se une al surco menor del DNA

-Dobla DNA en unos 80º hacia el surco mayor

Síntesis de RNA en Eucariontes

FACTORES DE TRANSCRIPCION

A.- BASALES O GENERALES

B.- TRANSACTIVADORES. SE UNEN AL DNA EN LOS

ELEMENTOS DE PROMOTOR:

SECUENCIAS RIO ARRIBA (UAS) (EN LEVADURA)

POTENCIADORES (ENHANCER) (EN EUCARIONTES

SUPERIORES)

proximales- distales

C.- COACTIVADORES. COMUNICAN AL

TRANSACTIVADOR CON LA RNA POLIMERASA II

TFIID

(TBP +TAFIIs

Qué se une en cada elemento de

promotor?

TATA CCAAT GGGCGG

-40 to -80 Gene-

specific

-25 to -30 -80 to -100 anywhere

SP1 CTF

Too Many

to Name

TATA CCAAT

TATA CCAAT GGGCGG

TATA GGGCGG

-25 to -30 -80 to -100

Hasta -100

-40 to -80

Gene-

specific

Gene-

specific

Gene-

specific

Gene-

specific

En cualquiera parte

INICIO DE LA TRANSCRIPCION

+1

Presencia de secuencias reguladoras son características de la

estructura de cada gen

POTENCIADORES o ENHANCER

Cada gen es regulado por factores diferentes

Factores : activadores o represores de la transcripción

gen1

gen2

gen3

CCAAT

+1

FT unido a secuencia potenciadora “ENHANCER” actúa a la distancia

Activador FT

RNA Pol II + TF II

enhancer

DNA

= Coactivador

+1

FACTORES DE TRANSCRIPCION

A.- BASALES O GENERALES

B.- TRANSACTIVADORES. SE UNEN A DNA EN

ELEMENTOS DE PROMOTOR:

SECUENCIAS RIO ARRIBA (UAS) (EN LEVADURA)

POTENCIADORES (ENHANCER) (EN EUCARIONTES

SUPERIORES)

proximales- distales

C.- COACTIVADORES. COMUNICAN A LOS

TRANSACTIVADORES CON LA RNA POLIMERASA II

Modificaciones Post-

transcripcionales

Procesamiento transcrito primario

• Capping

• Poliadenilación

• Splicing

Síntesis del Cap

Nature (2016) 359

Término de la síntesis de mRNA y

síntesis de la cola de poliA

Mecanismo de splicing

Ataque Nucleofílico

enlace fosfodiester inusual

5’-3’ and 5’-2’

Ataque Nucleofílico

PROCESAMIENTO ALTERNATIVO

• Varias señales de poliadenilación

• Varias señales de splicing

REGULACION DE LA EXPRESION

GENICA

En bacterias

PRINCIPIOS DE LA REGULACION DE LA

EXPRESION GENICA A NIVEL DE TRANSCRIPCION

EXPRESION CONSTITUTIVA

El nivel de expresión depende de la arquitectura del

promotor

Promotor fuerte: cajas -10, -35 y separación entre

ellas, semejantes al consenso.

Promotor débil: diferente al consenso

PRINCIPIOS DE LA REGULACION DE LA EXPRESION

GENICA A NIVEL DE TRANSCRIPCION

- EXPRESION REGULADA (productos génicos cuyos

niveles varían en respuesta a una señal molecular):

- REPRESION

- INDUCCION

mediadas por interacciones proteína-DNA específicas.

Nat Rev Microbiol. 2016. 14:638

OPERON LACTOSA

OPERON LACTOSA

O = operador

P = promotor

Z: β galactosidasa ; Y: permeasa; A: galactosido transacetilasa

Regulación de la expresión del operon lactosa 1. en ausencia de lactosa

Regulación de la expresión del operón lactosa 2. en presencia de lactosa

REGULACION DE LA EXPRESION

GENICA

En Eucariontes

Compactación del

DNA en eucariontes:

Diversos grados de compactación:

desde el nucleosoma hasta el cromosoma

mitótico.

Ac Ac

Ac

Ac

Transcripción activa Transcripción silenciada

Rpd3

Sin3

Remodelación de la cromatina:

Acetilación

Nat Cell Biol Rev. 2018, 19:59-70

Control de la expresión genética dependiente de ubiquitina

Joyal et al. show that in the mouse retina, fatty acids are used as an additional energy supply to glucose.

However, when there are high levels of circulating fatty acids, Ffar1 senses this activity and suppresses

the expression of the glucose transporter Glut1. This results in a reduction of α-KG, the stabilization of

Hif-1α (hypoxia-inducible factor 1α) and the secretion of Vegfa, which results in neovascularization. The

induction of Hif-1α in the event of metabolic starvation may cause such neovascularization in age-related

macular degeneration (AMD). PEP, phosphoenolpyruvate . Nature Medicine. 2016. 22:342-343

Current dogma suggests that high-energy–consuming photoreceptors depend on glucose. A new

study reveals that the retina also uses fatty acid β-oxidation for energy, and that dysregulated lipid and

glucose photoreceptor energy metabolism may drive neovascular age-related macular degeneration

(AMD).

TRANSCRIPCION GENICA ES REGULADA POR SEÑALES DEL

MEDIO

Mecanismo de

regulación de

las síntesis de

proteínas en

eucariontes

mediante RNA

interferente

Cell, 150: 895-908, 2012

¿Podemos utilizar este mecanismo en beneficio de la salud?

LA TRANSCRIPCION DEL DNA ES REGULADA POR SEÑALES

DEL MEDIO AMBIENTE

Translational Control in Mammals

Regulation of cap-dependent translation . mTORC1 links cell-intrinsic and -extrinsic

signals to translation initiation by phosphory lating S6Ks and 4E-BPs. eIF2 a

phosphorylation represses translation. Excessively high or low translation activities are

associated with neurodevelopmental and neurodegenerative diseases, respectively

Cell (2014) 157:26

Terapia Génica

Alcoholismo

Fin

Gracias por su

atención