Reglarea Expresiei Genice La Eucariote 2015

7/24/2019 Reglarea Expresiei Genice La Eucariote 2015

1/17

Biologia molecular Reglarea expresiei genice la eucariote E.Ursu S.Capcelea

1

REGLAREA EXPRESIEI GENICE LA EUCARIOTE

Fiecare celul a unei persoane conine aceleai gene, totui, ntlnim 200 de tipuri decelule specializate. n mare parte, diversitatea celulelor este asigurat de expresia diferitorproteine caracteristice unui tip celular (proteom). Astfel, toate celulele dein aceiai informaie

genetic, ns ea se manifest diferit. Acest fapt e posibil prin reglarea expresiei genice, carecuprinde o serie de fenomene ce influeneazla diferite nivele:


2/17


2

1. Reglarea pretranscripional

Reglarea pretranscripional ine de modificri ale cromatinei efectuate de proteinespecifice care faciliteazsau mpiediciniierea transcripiei.

1.1.Modificarea histonelorproduce o influentdeosebitasupra expresiei genice: acetilareahistonelor duce la decondensarea cromatinei => accesul liber al factorilor de

transcripie la ADN => transcripie; dezacetilarea=> condensarea cromatinei => prevenirea transcripiei.

n eucromatinhistonele sunt acetilate, pe cand n heterocromatindezacetilate.

fosforilarea H1duce la condensarea cromatinei, iar

defosforilarea H1=> decondensarea.

metilarea histoneloreste un alt proces reglator care modific structura cromatinei.Metilarea stimuleazsau inhib transcripia n dependende aminoacizii metilai inumrul grupelor de metil adugate (ex: trimetilarea Lys 4 din H3 stimuleaztranscripia, dimetilarea Lys 9 din H3 inhib).

1.2.Modificarea epigenetic a ADNului

Adugarea sau extragerea unor radicali (metil, acetil) la molecula de ADN modificforele de atracie cu histonele, cauznd condensarea sau decondensarea. Metilarea ADN-uluiinhib expresia genic. Grupa metil mpiedic interaciunea factorilor cis i trans reglatori(interaciunea factorilor de transcripie cu secvenele de ADN specifice). La vertebrate, semetileaz doar citozinele din secvene dinucleotidice CpG. Metilarea ADN-ului se motenetedatoritunei metiltransferaze specifice (maintenance methyltransferase) care actioneazasuprasecvenelor CG care sunt cuplate cu secvene CG metilate:

Citozinele din secvenele recunoscute sunt metilate, asigurnd motenirea acesteimodificri datorit metiltransferazei. Totui, aceast modificare este dinamic: imediat dupfertilizare are loc un vast proces de demetilare care afecteaz tot genomul. El se poate realizaprin inhibarea activitii acestei metiltransferaze, ceea ce ar duce la demetilarea ADN-ului odatcu fiecare replicare. Alte ipoteze se bazeaz pe prezena unei demetilaze. Oricum, odata cudezvoltarea noului organism, metiltransferazele metileaz de novo ADN-ul n secvenele CG


3/17


3

nemetilate, fiind dirijate de alte proteine reglatoare. Secvenele CG sunt raspndite n totgenomul, ns ele au o frecvena mare n promotorii genelor, iar metilarea acestor CGprevine interaciunea factorilor de transcripie cu situsurile lor din ADN => inhibareatranscripiei. Aceste secvente CG formeaz situsuri CpG care sunt abundente (~1 situs : 10nucleotide) n promotor, formnd insule CpG:

(a)Insula CpG din promotorul unei gene, frecvena CpG: 1/10 -

TGATGTCGGTTAGTAGTCGTAATTTAGCGATGCTTACTGTACGTGCTTATGGGCGTA

TGTGCGTAGGCCTCGATGCTGCGATCGTCGGGGTAATGCGATCCGGGCATTAGCCG

ATTAGCTACGTGATCGATAGGCGTAATGGCTA

(b)Alte secvente de ADN, frecventa CpG: 1/100-

TGATGTCGGTTAGTAGTGCTAATTTAGGCATGCTTACTGTAGCTGCTTATGGGGCTA

TGTGGCTAGGCCTGCATGCTGGCATGCTCGGGGTAATGGCATCGCGGCATTAGCGCA

TTAGCTAGCTGATCGATAGGGCTAATGGCTA

Toate modificrile enunate anterior sunt epigenetice: modificri care influeneaz fenotipul far amodifica secvena nucleotidic de ADN (reglnd expresia genelor). Epigenetica este o ramur relativ noua ageneticii care studiazaceste mecanisme, inculsiv motenirea lor n anumite cazuri. Unele modificri epigeneticesunt de durat scurt (ex: acetilarea histonelor, transcripia, dezacetilarea histonelor), nsa altele influeneazexpresia pe o duratmai indelungat=> unele se motenesc. Acest fenomen implico formde memorie celular.Un exemplu al importanei memoriei expresiei genice este dividerea celulelor specializate, n rezultatul creia seobin de asemenea celule specializate: celula fiicmotenete memoria modelului de expresie a genelor celulei ces-a divizat (exemplu de motenire epigenetica). Motenirea modelului de expresie nu e destul pentru obtinerea a 2celule fiice identice specializate: motivul principal sunt factorii de transcrip ie sintetizai de celelalte celule

specializate din mediu (exemplu de reglare la nivel transcrip ional care induce specializarea celulelor nou formate).

1.3. Efectul poziiei genelor pe cromozom ine de genele vecine care pot avea elementemodulatoare (En/Si) comune. Aceste gene au o oarecare legatur n ceea ce privete expresiagenic. Importana poziiei genei n cromozom poate fi observat n maladiile cauzate detranslocaii (migrarea unui segment decromozom pe alt cromozom): informaia geneticnu se modific, nsexpresia genelor translocatesufer modificri => maladii. Limita aciuniiunui enhancer este datde insulatori/izolatori

secvene de ADN ce stabilesc hotare ntreEn ipromotorii genelor. Insulatorii sunt secvenerecunoscute de proteine specifice care

interacionnd formeazbucle - obstacole spaialecare mpiedic interaciunea dintre En ipromotorii unor gene mai distale.


4/17


4

1.4. Reglarea coordonat a expresiei genice ine de expresia diferit a unor gene inrudite(codificproteine cu funcie similar) n dependena de perioada de dezvoltare (timp) i ndependende esut (spaiu).

Familia genelor beta-globinelor redun astfel de exemplu 1.

Locusul genei beta-globinei este o regiune a cromozomului 11 responsabil pentrusinteza lanurilor de beta-globin. Acest locus cuprinde, pe langgena -globinei, genele pentru:-globina, A-globina, G-globina, -globina.

Gena -globineie activa la embrion, formnd HbE(hemoglobina embrionar), genele A-globineii G-globineila fat => HbF, la nou-nascut i

la adultgenele -globineii -globinei=> HbA.

Globinele genelor date interacioneazcu globinele alfa (care au de asemenea o expresiespecific), formand Hb. Familia datde gene are un element comun cis-reglator LCR, locuscontrol regionun En situat distal, care n diferite esuturi i n diferite perioade ale dezvoltrii,regleazdiferite gene. Pe lang reglarea coordonata expresiei genice, exemplul genelor beta-globinelor demonstreazposibilitatea unui singur enhancer de a aciona asupra diferitor gene.


5/17


5

2. Reglarea transcripional

Reglarea transcripional este cea mai raspindit formde reglare a expresiei genice laeucariote. Ea se realizeaz datorit interaiunii elementelor trans (proteine) i cis (secventeADN, boxe) reglatoare. TAFs-urile induc asamblarea complexului de iniiere a transcripiei care

cuprinde ARN-polimeraza i factorii generali de transcripie.

TAFs pot fi hormoni sau alte substane biologic active, ele pot ajunge n nucleu din citosol, iar ncitosol din matricea intercelular, sau pot fi activate printr-un lande reacii chimice provocate,de exemplu, de interaciunea unui receptor cu ligandul (transducie = convertirea unui semnal

extracelular ntr-un rspuns). Spre deosebire de TAF, TSFs (transcription suppression factors)inhib transcripia prin diverse mecanisme (se fixeaz de situsul unui TAF=> inhibinteraciunea lui cu ADN ).

cisreglatori vs trans reglatori

Boxa TATA - TFIID

Boxa CAAT - TFIIA

Enhancer - Proteine activatori

Silencer - Proteine represori


6/17


6

Exemplul 2: Reglarea expresiei genelor pentru proteine antiinflamatorii de catre glucocorticoizi.

Glucocorticoizii reprezinto clas de hormoni steroizi (=> =>difuzeaz usor prin membrana citoplasmatic) careregleaz metabolismul glucozei i inhib activitatea imun (inflamaia). Ei reprezinta un instrument eficient aloricrui medic. Aciunea lor se datoreazreglrii transcripiei altor gene. Ei acioneazdupmodelul urmtor:

Hormonul din sange difuzeazn citoplasm Interactioneazcu receptorul su din citosol (GR) Intra n nucleu prin carioplasm Interacioneaz cu secvena sa specific de ADN din promotorul genei int, secvena

numitGlucocorticoid response element (GRE) Activeaz transcripia genei.

Exemplul 3: Reglarea expresiei genice prin CREBcAMPresponse element binding protein. CREB esteun factor de transcripie ce interacioneazcu secvene de ADN din promotor CRE (cAMP response element),reglnd transcripia unor gene importante (ex: somatostatina, tirozin-hidroxilaza, neurotrofina BDNF, alteneuropeptide i gene implicate n ritmul circadian). CREB are un rol important n formarea memoriei de lungdurat i formarea memoriei spaiale. Activitatea proteinei CREB este influenata de concentraia cAMP AMPciclic. cAMP este implicat n multe interaciuni, servind drept un exemplu universal de mesager secundar.

Mecanismul de reglare a expresiei prin CREB:

Unii receptori specifici, la interaciunea cu ligandul, stimuleaz activitatea altor proteine carecatalizeazreacia de transformare a ATP-ului n cAMP.

Concentraia mrita de cAMP stimuleazproteina kinaza A (o proteincitoplasmatic). La activare, o subunitate catalitica kinazei A se desprinde i ajunge n nucleu.

n nucleu, kinaza A fosforileaz proteina CREB => activeaz CREB => interaciunea CREB +secvena de ADN (CRE) => reglarea transcripiei.


7/17


7

Enhanceriii silenceriireprezintsecvene de ADN, elemente modulatoare situate distalde promotorul genei, care, interactionnd cu proteine activatoare, maresc(En) sau micoreaz(Si)rata transcripiei. Proteinele activatoare interacioneaz cu enhancerii i cu proteinecoactivatoare, iar cele din urma interacioneaza cu factorii generali de transcripie i cu ARN-polimeraza, reglnd rata de transcripie. Mediatoruleste un complex multiproteic cu funcia decoactivator ntlnit la majoritatea mamiferelor. Silencerii, prin interaciunea lor cu proteinespecifice, mpiedicinteraciunea proteinelor activatoare cu factorii de transcripie, cauznd unuiobstacol spaial => scderea ratei de transcripie. Pe langreglarea ratei de transcripie, reglareatranscripional ine de alegerea direciei de transcripie (datorit factorilor generali), alegereacatenei transcrise i terminarea transcripiei prin identificarea situsului de poliadenilare.

La eucariote se ntilnesc trei tipuri de ARN-polimeraze: I, II, III. Se ntlnesc domeniicomune la toate 3 polimeraze, pe langa care sunt i domeniile specifice fiecrei proteine. Un

domeniu specific al ARN-polimerazei II

este CTD (C-terminal domain). El se

constituie din 7 aminoacizi (Tyr-Ser-Pro-

Thr-Ser-Pro-Ser) care se repetde 52 ori lamamifere. La iniierea transcripiei, CTDeste defosforilat, ns o dat cu elongarea,resturile de serin i unele de tirozin dinCTD ncep a fi fosforilate de ctre TFIIH,

factor general de transcriptie care ramane

ataat de polimeraz n timpul elongrii(mecanism de reglare a activitaii ARN-polimerazei II).

Rolul enhancerilor n expresia genelor:

(1)

Proteinele activatoare aletranscripiei se leag la enhancerdeclannd curbarea ADNului;

(2) Activatorii interacioneaz cucoactivatorii pentru stimulareadecondensrii cromatinei;

(3)

Activatorii se leag la mediatorideclannd asamblarea ARN

polimerazei II i factorilor detranscripie generali la boxele

promotorului.


8/17


8

3. Reglarea posttranscripionalReglarea posttranscripional acioneaz n procesul de maturizare a preARNm i

transportul acestuia spre ribozomi. Unul din fenomenele-cheie, n contextul reglriiposttranscripionale, este controlul splicing-ului alternativ. Aceast etap n processing-ulpreARNm-ului oferposibilitatea obinerii unei mari varietai de peptide dintr-o singurunitate

de transcripie.3.1 Controlul splicing-ului se realizeaz prin 2 mecanisme fundamentale: pozitiv inegativ. Controlul positiv se desfasoarprin proteine activatoare de splicing (splicing enhancers)care identific un situs specific n apropierea situsului de splicing. Ulterior, ele stimuleazactivitatea spliceozomului. Mecanismul controlului negativ const n ataarea unei proteinesupresoare de splicing la preARNm, fapt ce mpiedicinteraciunea spliceozomului cu situsul declivare.

Alte moduri de obinere a diferitor variante de ARNm din una i aceiai gen sunt:utilizarea promotorilor multipli, situsurilor de poliadenilare multiple.

Exemplul 4: Iniierea transcripiei de la diferii promotori din aceiai unitate detranscripie. n cazul dat, intronul 1 conine un promotor => iniierea transcripiei datorit luiconduce la un peptid fara exonul 1, n cazul n care splicingul nu are loc.

n exemplul de mai jos este prezentatobinerea amilazei hepatice sau a celei salivare ndependena de promotorul ales la iniierea transcripiei:

Prin urmare, nr. multiplu de promotori ofernoi posibilitai de reglare a expresiei genice.


9/17


9

Exemplul 5: Expresia difereniata genei IgM pe baza a 2 situsuri de poliadenilare (=>poliadenilare alternativ).

IgM se ntilnete sub 2 forme: monomeri polimer. Forma monomerse afllegatdemembrana unor limfocite B. Forma polimercirculliber prin ser. Cele doua variante de IgM seobin din aceiai gendatoritpoliadenilrii alternative:

n sinteza IgM membranar, clivarea preARNm i sinteza cozii poliadenilate are loc dupexonul 6. n sinteza IgM din ser, clivarea preARNm are loc dup exonul 4, excluznd astfelexonii 5 i 6.

3.2 Editarea ARN reprezintfenomenul de modificare a secveneiunui ARN sintetizat.Datorita acestui proces, n cazul unui ARNm, poate fi modificat secvena de aminoacizi.Intilnim 2 tipuri de editare la mamifere: deaminarea Adeninei => Inozina, i deaminareaCitidinei => Uracil. Inozina este un nucleotid ntlnit n ARNt, dar i n ali transcripi, prinurmare, acest tip de editare are un rol esen ial n sinteza ARNt. Se cunosc canale transportatoaredin creier, ARNm-ul crora de asemenea se supune editarii A=>I, proces efectuat de enzimaADAR sau adenosine deaminase acting on RNA. Experimentele efectuate pe oarecidemonstreaz importana acestui proces: deleia genei ADAR la oareci a cauzat moarteaoarecilor odatcu ncetarea procesului de alptare.

Editarea C=>U are aplicaii practice relevante n contextul apolipoproteinei B (apoB),componenta a lipoproteinelor. n unelecelule a tubului digestiv are loc aceasteditare, rezultatul creia esteproducerea unui codon STOP

(CAA=>UAA) => o protein maiscurt. n ficat, enzima care realizeazeditarea nu este expresat => seproduce o apolipoproteinB mai lung.


10/17


10

3.3. Transportul ARNm este o alt etap a expresiei genice care poate fi controlat.preARNm-ul nu poate fi exportat din nucleu dacnu are coada poliA. Exportul din nucleu estemediat de proteinele porului nuclear (receptori) care nu permit trecerea ARN-ului instabil saunematurizat, dar este realizat de exportine. Odata n citozol, ARNm-ul ncepe a fi translat de unribozom, iniial liber. Proteina destinatexportului, membranei celuare, RE, AG sau lizozomilor,

va avea o secvena specificde aminoacizi la capatul N-terminal => odatcu sinteza primiloraminoacizi, alte proteine recunosc acea secvena specific i fixeaz ribozomii mpreun cuARNm i acea secven deja sintetizat de REr. Alte proteine recunosc diferite secvene nregiunea netranslat 3 a ARNm-ului. n aceste cazuri, translatia eficienta nu incepe pna nmomentul n care ribozomii i ARNm-ul se afl la destinaia potrivit. Mecanismele dedirecionare a ARNm-ului la o anumitdestinaie sunt posibile datoritinteraciunii ARNm-uluicu diferite proteine, formnd RNP-uri (ribonucleoproteide). Secvenele recunoscute de acesteproteine se aflde obicei n regiunea netranslat3.


11/17


11

4. Reglarea translaionalReglarea translaiei se realizeaz n mare parte datorit factorilor de translaie care

participla iniiere, elongare i terminare. Fiind implicate n biosinteza proteinelor, ace ti factorisunt indispensabili oricrei celule. Dar, lasnd factorii de translaie deoparte, exist altemecanisme complexe de reglare a expresiei la acest nivel. Mecanismele date se bazeaz pe

stimularea/inhibarea factorilor de translaie i interaciunea cu ARNm ce se supune translaiei.n diferite situaii celulele sunt nevoite s micoreze rata de sintez a unor proteine.Astfel de situaii pot fi: micorarea concentraiei factorilor mitotici n mediu, insuficienanutrienilor, influena virusilor, trecerea celulelor n G0, etc.

Un rol important n micsorarea ratei de sintezn asemenea situaii o are eIF2. eIF2 esteun factor de iniiere a translaiei responsabil de legarea ARNt-Met de subunitatea 40S aribozomului, proces n urma cruia eIF2 ramane ataatla 40S.

Dup aceast interaciune, ARNt-Met interacioneaz cu ARNm, cutand codonulSTART (AUG). Odatcu identificarea AUG, eIF2 transforma GTP-ul legat de ea n GDP i sedetaeazde 40S. Iniial, eIF2 are ataat un GTP, nsodatcu iniierea translaieiare un GDP.Pentru a readuce eIF2 la starea iniial, o alta protein, guanine nucleotide exchange factor(eIF2B), cauzeazdetaarea GDP de eIF2 astfel nct eIF2 capteazun alt GTP din citozol, fiindgata de iniierea unui alt proces de translaie. Acest fenomen de reutilizare a eIF2 poate fi reglatprin fosforilarea eIF2. eIF2 fosforilat interacioneazprea strans cu eIF2B, astfel nct eIF2B este

inactivat. Dat fiind faptul ca moleculele de eIF2 sunt mult mai numeroase dec t eIF2B, estedestul de fosforilat o micparte din totalitatea eIF2 pentru a preveni reutilizarea celorlalte eIF2 ia inhiba considerabil translarea tuturor ARNm. Procesul descris este o parte a mecanismului de

trecere a celulelor n faza G0 a ciclului celular (starea non-proliferativa celulelor, caracteristiccelulelor specializate i nalt specializate).


12/17


12

Reglarea lungimii cozii poli-A influenteazdirect rata translaiei. n timpul translaiei,coada poli-A interactioneazcu diferite proteine, care o apara de exonucleaze. Drept raspuns ladiferite semnale, aceste proteine se pot detasa de coada poli-A, facilitand scindarea ei de catre

exonucleaze. Odata ce coada poli-A ajunge la un numar critic de nucleotide, se declanseazunproces de degradare a ARNm-ului dat. n acest proces se implic deadenilazele. De obicei,ARNm prasete nucleul cu coada poli-A, care n citozol i n timpul translaiei se scurteazpnala momentul n care cauzeaz degradarea ARNm-ului. Totusi, cozile unor ARNm specificicontinua a fi sintetizate n citozol: cazul ovocitelor i zigotilor. Majoritatea reactiilor dedegradare a ARNm-ului sunt inhibate n aceste celule, fapt ce le permite acumularea ARNm ncitozol. Acest proces are un rol important pentru supravieuirea i dezvoltarea urmatoruluiorganism. Asadar, n ovocite i zigoti, ARNm citoplasmatic are doar 10-30 A la capatul 3. naceast stare, ARNm-ul nu este translat, insa la un anumit moment dup fertilizare, candprodusul acestor ARNm este indispensabil, o poli-A-polimeraz citozolic sintetizeaz coadapoli-A => se iniiaza translaia acestor ARNm. Chiar i la etapa de blastomeri, nucleul celulelor

nceste inactiv, nsa necesitatea sintezei proteinelor persist. Astfel, proteinele se vor sintetizadin ARNm transmis de la zigot prin diviziunea citoplasmei n timpul mitozei. Cercetariledemonstreaz ca distributia difereniata a ARNm-urilor n citoplasma ovocitului => distribuiadifereniata a ARNm-urilor n citoplasma zigotului => diferii blastomeri mostenesc diferitetipuri ARNm => genomul se activeaz n mod diferit => primele fenomene de difereniere acelulelor.

Pe langa mecanismul de scurtare de catre exonucleaze a cozii poli-A, exist altemecanisme de degradare a ARNm. Unul din ele reprezint nlaturarea CAP-ului (decaparea),urmat de aciunea exonucleazelor n directia 53 (n mecanismul precedent, exonucleazeleacioneaza 35). n general, majoritatea ARNm-urilor au o durata de viaa mai mica de 30

min, dar exista exceptii: ARNm pentru -globina are o durata de viaa de mai mult de 10h. OriceARNm este supus acestor 2 procese de degradare, iar durata vieii sale este determinatanemijlocit de secvenade NTP-uri. Regiunea 3 netranslatare un rol deosebit de important ndeterminarea durata vieii, caci ea este recunoscut de proteine care iniiaz procesul dedegradare.

Pe langa mecanismele generale de degradare a ARNm-ului descrise mai sus, existmecanisme specifice unor anumite ARNm:

Exemplul 6: Influena fierului asupra translaiei feritinei i a receptorului transferinei.

Feritina este o proteina globularcare reprezintun depozit de fier. Ea stocheazi elibereaz fierul prinmecanisme bine determinate. Rolul ei principal este reglarea nivelului de fier n citoplasma. Transferina este oproteina capabilde a capta fierul. Spre deosebire de feritina, rolul ei este reglarea concentratiei de fier n mediulextracelular (plasma sangvin). Receptorul transferinei reprezintun canal membranar care regleazconcentraia defier n mediul intracelular. Aceastproteinasigurendocitoza mediatde receptori a complexului transferina-fier.Reglarea cantitaii de fier transportate n celula se efectueaz prin reglarea nr. de receptori ai transferinei, faptefectuat prin degradarea ARNm.


13/17


13

n cazul deficitului de fier intracelular, aconitaza citozolic se fixeaza de un situs din regiunea 5netranslat (secvena lider) a ARNm-ului feritinei, blocnd iniierea translaiei. n acelai timp, ARNm-ulreceptorului transferinei interacioneazcu o alta aconitazdatoritunui situs din regiunea 3 netranslat. n absenaaconitazei, ARNm-ul receptorului transferinei este instabil din cauza unui situs de clivare recunoscut de

endonucleaze, ns aconitaza acoper acest situs, facilitnd translaia. n rezultat, n cazul deficitului de fiercitoplasmatic, feritina nu se sintetizeaz=> fierul nu se depoziteaz, iar datorit intensificrii sintezei receptoruluitransferinei, mai multe complexe transferin-fier vor fi endocitate => fier intracelular.

n cazul surplusului de fier intracelular, aconitaza i schimb conformaia => nu interacioneaz cuARNm-urile pentru feritini receptorul transferinei. Drept rezultat, secvena lider a ARNm-ului pentru feritin esterecunoscut de subunitatea 40S i are loc translaia => sinteza feritinei => depozitarea surplusului de fierintracelular. Totodat, situsul de clivare din regiunea 3 netranslata ARNm-ului receptorului transferinei menionatanterior i notat cu (X) n imagine este recunoscut de endonucleaze => clivarea ARNm-ului n 2 fragmente. Ambelefragmente vor fi digerate (proteinele vor recunoate absena CAP-ului la un fragment i absena cozii poli-A lacellalt). Astfel, acest mecanism asigurconcentraia fierului intracelular ntr-o anumitlimitde valori.


14/17


14

Alte mecanisme de reglare translaional implic miARN-uri necodante. Implicareaacestor molecule n expresia genelor i n alte procese moleculare nu se credea relevant cevatimp n urm. ns, odatcu mbuntirea tehnologiilor s-a determinat valoarea lor. InafardeARNm, ARNt, ARNr existmulte alte tipuri de ARN care indeplinesc o varietate mare de functiiimportante (ex:ARNsn din spliceozom, ARN Xist, miARN, siARN, etc.).

miARN(micro ARN) reprezintun ARN scurt necodant implicat n reglarea translaiei.miARN este sintetizat de ARN-polimeraza II. La fel ca preARNm, pre-miARN se supune CAP-

arii i poliadenilarii, dupa care trece printr-un mod specific de maturizare: este clivat n maimulte fragmente de catre o enzimspecificDICER, devenind astfel un adevarat microARN.Ulterior, miARN-urile interactioneazcu diferite proteine formnd un RNP: RISC(RNA-inducedsilencing complex). Odat asamblat, complexul RISC caut un ARNm cu o secvenacomplementara secvenei miARN. Complexul RISC are o secvena scurt liber din cadrulmiARN cu ajutorul cruia caut ARNm-ul int. Odat gsit, miARN va forma un hibridbicatenar dac secvena sa este complementar cu cea a ARNm. De obicei, secvena

complementara ARNm-ului se afln regiunea 3 netranslat. Ulterior, RISC va cliva ARNm,nlaturnd un fragment din regiunea 3 netranslat mpreun cu coada poli-A => ARNm esteexpus la exonucleaze => ARNm este degradat. Un singur complex RISC poate cauza degradarea

a sute de ARNm, cci are nevoie de un singur miARN n calitate de ghid. n cazul n caresecvenele miARN i ARNm nu sunt perfect complementare (ex: din 7 nucleotide se cupleaz5-6), Complexul RISC destabilizeazARNm-ul prin scurtarea cozii poli-A i transportarea ARNmla corpuri-P (P-bodies sau processing bodies). Corpurile P sunt poriuni de citoplasm cu o


15/17


15

concentratie mare de enzime implicate n degradarea ARNm. Odat transportate aici, ARNm-urile sunt degradate. Astfel, un singur tip de miARN poate inhiba transla ia diferitor tipuri deARNm,precum regiunea 3 netranslatpoate fi similarla diferite ARNm-uri. miARN i factoriide transcripie reprezint cele mai importante elemente reglatoare a genelor de dezvoltare laeucariote. Procesul dat de inhibare a translaiei prin asemenea aciune a unui miARN poartdenumirea de interferena ARN (iARN).

Interferena ARN este, mai intii de toate, un mecanism de aparare a celulei mpotriva ARN-ului exogen(strain) bicatenar si, ntr-o masura mai mic, monocatenar. Unii virui au n calitate de elemente genetice moleculede ARN bicatenar. Viruii ce folosesc asemenea elemente introduc ARN bicatenar n celula gazd, dar acest ARNnu se afla liber n citoplasma, el este plasat ntr-un complex membranar. Pe baza acestui ARN bicatenar, ninteriorulcomplexului membranar, se sintetizeaz ARNm-uri specifice virusului care vor fi translate de ribozomii celulei-gazdi vor produce proteinele capsidei virusului i alte enzime, cum ar fi diverse polimeraze. Pe langasta, pebaza ARN bicatenar, se sintetizeaz ARNm monocatenar care ulterior se replic, devenind bicatenar datoritpolimerazelor i se introduce n capsida formatdin celelalte proteine sintetizate de celula-gazdpentru virus. Altfelspus, virusul se replic. Mecanismul de iARN depisteaz acel ARN bicatenar i l utilizeaz pentru depistarea

ARNm-urilor exogene:

1)

ARN bicatenar este recunoscut de un complex proteic care contine un DICER (nucleaza implicata nprocesarea prin clivare a miARN).

2) Acest complex cliveaz ARN-ul bicatenar n mai multe fragmente bicatenare de aproximativ 20 pbnumite ARNsi (de la small interfering RNA).

3)

ARNsi este fixat de un complex RISC, iar ulterior, catena-sens (codant) se inlatur, fapt ce rezultncrearea unui complex RISC cu un ARNsi monocatenar atasat.

4) ARNsi ghideaz complexul RISC spre molecule de ARNm complementare produse de celula-gazdconform secveneiintroduse de virus.

5)

Odatidentificate, ca i n mecanismul precedent, RISC va determina degradarea imediata ARN-uluiviral, cci complementaritatea secvenelor va fi perfect.

Interferenta ARN este utilizat n cercetari i experimente i este vazut ca o metod de perspectiv aingineriei genice de tratare a unor maladii. Conceptual, este simplu de introdus ARNs i n celuli de indus formareacomplexului RISC care va cauza inhibarea expresiei genei inta. O astfel de strategie se propune pentru tratareabolilor cauzate de o gencu o expresie exagerata (oncogena hipermorf).


16/17


16

5. Reglarea posttranslaional

Reglarea posttranslaional reprezint controlul modificrilor posttranslaionale alepeptidului. Ele contribuie la mrirea nr. de proteine care pot fi obinute dintr-o singur gen.Reglarea la acest nivel se realizeaza prin modificari reversibilei ireversibile. Din modificarile

reversibile fac parte: acetilarea, glicozilarea, fosforilarea, metilarea, etc. Adaugarea diferitorgrupe ine de funcia proteinei i localizarea ei, ex: adugarea lipidelor este un semn cproteinaeste destinatmembranei celulare. Un exemplu relevant este adugarea ubiquitinei (o protein),fapt ce induce degradarea peptidului dat de ctre un complex proteozom. Modificrileireversibile in de scurtarea peptidului prin hidroliza, care poate fi o etapa n procesul dematurizare i cptare a conformaiei (folding).

Modificri chimice ale proteinelor cu elevan medical:

Modificarea Proteina int ConsecinaAcetilarea Histone Implicare n interaciunea ADN-proteine datorit faptului c

proteinele histone sunt frecvent acetilateAcilare RAS(p21) RAS este ancorat la suprafaa intern a membranei

citoplasmatice prinfamesil(un fragment acyl gras). Au fost

sintetizai inhibitorii acestei modificri care inhiboncogenitatea RAS

ADP ribozilare Rho (o protein GTPde dimensiuni mici)

Toxina Clostridium botulinuma crei Rho ADP- ribozilareduce la inhibarea eliberrii acetilcolinei care la rndul suduce la paralizie flasc.

Carboxilare Factorii de coagulare Carboxilarea factorilor VII, IX, X, fibrinogen i protenelorC i S este necesar pentru coagulare. Acest proces esteinhibat de ctre warfarin

Formarea

punilor

disulfidice

Anticopri Anticorpii sunt molecule complexe funcia crora necesitmultiple puni disulfidice intra i intermoleculare

Glicarea Hemoglobina Hemoglobina glicozilat HbA1c este utilizat pentrumonitorizarea pacienilor cu diabet zaharat.

Glicozilarea Proteinele eritrocitelor Adugarea resturilor glucidice la proteinele eritrocitelordetermin grupele sangvine, corespondena acestora fiindcardinal pentrutransfuziile i transplanturile de succes.

Glicozil

fosfatidil

inozitol (GPI)

Proteinele reglatoare a

complementului

Bolnavii cu Hemoglobinurie paroxismal nocturn, pierdcapacitatea legturile GPI. Aceti bolnavi nu pot produceproteinele reglatoare a complementului de pe suprafaacelular, ceea ce cauzeaz distrugerea eritrocitelor ianemie.

Fosforilare Receptorii factorilor de

cretereFosforilarea proteinelor de regul duce la semnale depromovare a creterii. Unele din medicamentele contra

cancerului blocheaz fosforilareaUbiquitinarea Proteinele direcionate

spre degradare

Ubiquitinarea necorespunztoare i degradarea a diferitorproteine poate duce la conformarea anormal a proteinelor.Conformarea anormalpoate duce la o serie de boli printrecare i boala Alzheimer.


17/17


17

n concluzie, expresia unei gene este efectul sumar al tuturor factorilor de reglare careacioneaz la diferite niveluri. n rezultat, se obine o expresie dependent de esut, perioadaontogenetic, sex i condiii de mediu. Expresia dependent de esut are drept consecindiferenierea i specializarea celulelor n anumite funcii. Expresia dependent de perioadaontogenetic are rolul de a asigura dezvoltarea normala noului organism prin reglarea fina aproduselor genice. Expresia dependenta de sex ine de diferene n expresia genelor la femei ibarbai. Expresia dependenta de conditiile de mediu are loc n genele plastice (ex: alcool-dehidrogenaza e activa doar atunci cand este prezent alcoolul). Evaluarea expresiei genice este o

perspectivce a schimbat radical dogmele biologiei moleculare i ale geneticii.

Documents

Reglarea Expresiei Genice La Eucariote 2015