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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 Tavera
Profesora Titular de Carrera
Departamento de Bioquímica
Lab 105, Edif E
5622-5280
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
Objetivos particulares
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
Regulación de la
expresión genética en
eucariontes
Dos genomas muy similares (98% de identidad en su secuencia)
La diferencia crucial radica en sus mecanismos de regulación génica
Dos células con el mismo genoma y diferente fenotipo
Los mecanismos de regulación génica son
los encargados de la diferenciación celular
En eucariontes hay muchospuntos de regulación
De acuerdo al nivel en el que ocurre la regulación,
tiene un nombre diferente
Regulación
transcripcional
Regulación
post-transcripcional
Regulación
traduccional
Regulación
post-traduccional
Regulación Transcripcional(a nivel de DNA)
Componentes fundamentales
Secuencias definidas en el DNA (p. ej. region operadora del operon lac en procariotes) (factores en cis)
Proteínas reguladoras que reconocen dichas secuencias y se unen a ellas (p. ej. represor del operon lac en procariotes) (factores en trans)
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.
A) Proteínas activadoras: interaccionan con las secuencias intensificadoras del gen.
B) Proteínas represoras: interaccionan con las secuencias silenciadoras del gen.
Componentes fundamentales de
la regulación transcripcional
Secuencias definidas en el DNA
Inicio de la transcripción
Caja TATA: TATA(A/T)A(A/T)
18 - 25 nts
*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.
Factores de transcripción(basales y específicos)
ActivadoresRepresores
Coactivadores
Factores de
transcripción basal
Los factores de transcripciónhacen contacto con la doblehélice 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
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
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”
Factores deTranscripción 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
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
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
Ejemplos
Los motivos hélice-vuelta-hélice están presentes en factores de transcripción
homeóticos
Los 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 regiones
del embrión cuyo desarrollo controlan.
antenapedia
Inducción de ojos ectópicos en Drosophila
mediante la mutación del factor de
transcripción (activador) ey
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
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.
Todavía no es posible predecir de manera precisa las
secuencias de DNA que reconocerán los distintos factores de transcripción
La expresión genética en eucariontes requiere de cambios en el estado de la
cromatina
Acetilación
Remodelación
de la cromatina
Los activadores ayudan a reclutar acetilasas de histona y al complejo de
remodelación de la cromatina
Desacetilasas
de Histonas
(HDACs)
Acetilasas de
Histonas
(HATs)
Del código genético al código Epigenético
Los activadores actúan
de manera sinérgica
Mecanismos de acción de los represores
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.
Estructuras que permiten interacción
entre proteínas alejadas
RNA de interferencia:
Fenómeno de silenciamiento génico postrascripcional
mediado por un dsRNA con secuencia complementaria a
un mRNA específico
RNA de interferencia (RNAi)
RNAi
RNAi
El mRNA es degradado
dsRNA dirigido contra
un mRNA específico
El complejo reconoce a
un mRNA específicoRNAi
dsRNA-GFP
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
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
Superfamilia de Receptores Nucleares
Receptores nucleares tipo I
El receptor unido a una HSP (Heat Shock Protein) se encuentra en el citoplasma
Receptores de hormonas
sexuales y de glucocorticoides
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
Otros receptores de hormonas están en la membrana plasmática y se requiere de una cascada
de señalización para la transcripción de genes
Control transcripcional A- Factores de transcripciónB- Grado de condensación de la cromatinaC- Grado de metilación
Control procesamiento delmRNA
Empalme alternativo
Control transporte delmRNA
Mecanismos que determinan si el mRNAmaduro sale o no a citosol
Control traduccional Mecanismos que determinan si el mRNApresente en el citosol es o no traducido
Control de la degradacióndel mRNA
Mecanismos que determinan la supervivenciadel mRNA en el citosol
Control de la actividadproteica
Mecanismos que determinan la activación odesactivación de una proteína, como asítambién el tiempo de supervivencia de lamisma.
Resumen de los mecanismos de
regulación genética en eucariontes
