CONTROL DE EXPRESIÓN GÉNICA
CONTROL DE EXPRESIÓN GÉNICA Ana María Bravo Orrego Diana Carolina Díaz Jiménez Juan Camilo Martínez Puentes María Lucia Rodríguez López Camilo Andrés Roldán Hernández UNIVERSIDAD COLEGIO MAYOR DE CUNDINAMARCA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD PROGRAMA DE BACTERIOLOGIA Y LABORATORIO CLINICO BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR BOGOTÁ, COLOMBIA 2009
PRE - CONCEPTOS -ARNm -ARNt -ARNr -Transcripción -Traducción -Splicing
¿QUE ES CONTROL DE EXPRESIÓN GENICA? üFenómeno que incluye la transcripción de un gen en ARNm y su posterior traducción a proteína. üEs la capacidad de un gen para producir una proteína biológicamente activa. üInterviene en el control de la síntesis de proteínas.
CONTROL DE EXPRESIÓN GENICA
EN PROCARIOTAS
üLas procariotas solo sintetizan las proteínas que la célula necesita, y no aquellas que no van a utilizarse, ayudando al ahorro energético. üLas señales metabólicas regulan la expresión génica de un gran numero de genes de los microorganismos procariotas.
ESTRUCTURA DEL ADN EN PROCARIOTAS
LA CELULA PROCARIOTA por
Señales metabólicas Regula su expresión génica Se lleva a cabo en La transcripción
Genes regulables Pueden dejar de transcribir genes
La traducción
Genes constitutivos üExpresan genes de manera constante üSiempre se transcriben üCodifican para sintetizar proteínas
Se bloquea al ARNm para que no haya síntesis proteica
CONTROL TRANSCRIPCIONAL Los genes regulables o estructurales Son
controlados
Por proteínas reguladoras que son sintetizadas por el gen regulador (i) que responden a señales concretas Estas proteínas ACTIVADORAS
Al unirse al ADN, estimulan la transcripción de los genes.
Ejerciendo Un control positivo
pueden ser REPRESORAS
Al unirse al ADN, disminuyen la transcripción de los genes
Ejerciendo Un control negativo
Los genes regulables o estructurales Son Que están controlados por Gen regulador (i)
Unidades de transcripción
SECUENCIAS ADYACENTES
Que se encuentran en En unidad con
Promotor
Operador
OPERÓN
Genes estructurales
ESTRUCTURA DEL OPERÓN LACTOSA
FUENTE: http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Operon/Operon.htm
CONTROL POSITIVO: DEL OPERON LACTOSA
FUENTE:
CONTROL NEGATIVO: DEL OPERON LACTOSA
FUENTE:
CONTROL DE LA SINTESIS DEL ARNr POR CONCENTRACIÓN DE AMINOACIDOS AMINOACIDOS
a
AMINOACIL- ARNt
Es tim
ul
Genes ARNr ADN preARNr ARN polimerasa
ARN 5S
ARNr 16S ARNr 23S
SINTESIS DE ARN ribosomal
AMINOACIDOS GTP ATP AMINOACIL- ARNt ARNt libre
Ingresa a los ribosomas y por medio Factor de Respuesta Estricta
FRE
La síntesis del ARNr
inhibiendo
Los promotores de los genes de ARNr
por
ppGpp d i s m i n u y e
La afinidad de la ARN polimerasa
CONTROL TRADUCCIONAL DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS RIBOSOMALES SE PRODUCE SÍNTESIS
En presencia de Aminoácidos
ARNr
Proteínas ribosomales
DISMINUYE LA SÍNTESIS
Ausencia de Aminoácidos
Proteínas ribosomales
ARNr
RIBOSOMAS
ARNm Polisistrónico
Impide la traducción del RIBOSOMA
CONTROL DE EXPRESIÓN GENICA
EN EUCARIOTAS
LA CELULA EUCARIOTA Células de un organismo pluricelular Información genética Organizada en 30.000 genes
Ser Humano
Todas las células poseen la misma información genética Sintetizan como
PROTEINAS ESPECIFICAS
De tejidos o células determinados
PROTEINAS CONSTRUCTIVAS O DOMESTICAS Se sintetizan en todos los tipos de células
Su síntesis varia de una célula a otra
Depende de la necesidad proteica
responde Diferentes señales
Nutricionales Ambientales Comunicadores intercelulares
Su producción es modulada en algunas células en un periodo muy corto
CONTROL TEMPORAL DE LA EXPRESIÓN GENICA Hormonas Neurotransmisores Factores de crecimiento
CONTROL PRETRANSCRIPCIONAL Proteínas eucariotas
Aumento de concentración de proteínas en la célula
Dependen de otros factores Estructura de la cromatina
Grado de metilación del ADN
NIVEL PRETRANSCRIPCIONAL O CONTROL EPIGENETICO
Aumento de ARNm
Aumento de la transcripción del gen
GENES ACTIVOS
GENES QUE NO SE TRANSCRIBEN
Están empaquetados en CROMATINA ACTIVA Estructura cromatínica de regiones génicas no es permanente Empaquetados en HETEROCROMATINA
REMODELADO DE LA CROMATINA Cambio de la relación ADN- NUCLEOSOMA Sobre la estructura del nucleosoma Desensamblado parcial y reversible de los nucleosomas
PASOS DE LA PRE-TRANSCRIPCION 1- POSICIÓN DE LOS NUCLEOSOMAS Los nucleosomas exponen los promotores del DNA Orientándolos hacia la superficie externa
2. RETIRADO DE LOS NUCLEOSOMAS
Se requiere de la liberación de histonas
Desplazamiento de las nucleasas
Proteínas + hidrólisis de ATP
3. AVANCE COMPATIBLE CON LA PRESENCIA DE NUCLEOSOMAS La RNA polimerasa transcribe, realizando un desensamblado reversible y por tanto parcial de los nucleosomas
2. RETIRADO DE LOS NUCLEOSOMAS
3. AVANCE COMPATIBLE CON LA PRESENCIA DE NUCLEOSOMAS
Dependen de Desacetilación de las histonas Enzimas desacetilasas de histonas (HDAC) Desplaza el grupo acetilo, para que las histonas reducen su carga + GEN INACTIVO
Acetilación de las histonas Por medio de las enzimas ACETILTRANSFERASA DE HISTONAS (HAT) Unen un grupo acetilo al extremo amino terminal de la Lisina Reduce la carga + de la Histona, por lo tanto disminuye la interacción con el ADN
GEN ACTIVO
Metilación del gen Se realiza en los extremos 5’ de los genes
Estos genes son ricos en dinucleótidos C- G Enzima metiltransferasa une un grupo CH3 a los islotes C- G
Inactiva el gen para que no se transcriba
CONTROL DE TRANSCRIPCION PROMOTOR: Región reguladora
FACTORES CIS
Se
DIF.
encuentran
MISMA MOLECULA DE ADN CUYA EXPRESION REGULAN
FACTORES DE INICIO DE LA TRANSCRIPCION
FACTORES TRANS
GENES DE LAS CLASES I, II y III
son PROTEINAS CODIFICADAS POR GENES QUE ESTAN ALEJADOS Y NO RELACIONADOS CON EL GEN QUE REGULAN
ESPECIALIZAN LAS RNA polimerasas
ESPECIALIZACION DEL RNApol
FACTORES DE TRANSCRIPCION CLASE II (TFII) Son aquellos Interaccionan con la ARN polimerasa II Se clasifican Según su unión a los tres tipos de secuencias o elementos promotores En
GENERALES
Reconocen los elementos basales
PROXIMALES
INDUCIBLES
Reconocen los elementos proximales
Reconocen los elementos distales
TF II GENERALES
Son
Proteínas que promueven la formación de un punto de inicio y la fijación del mismo. Por tanto Activan a la enzima para que comience a sintetizar ARN. Pueden ser
TF II D Especifica para la caja TATA, determinando la distancia a la cual debe actuar la ARN polimerasa. Se
compone
Una molécula TBP que reconoce la secuencia promotora
TAF: Factores asociados a TBP
TF II H Posee doble actividad enzimática
QUINASA
Fosforila el extremo C terminal de la ARNpolII, cambiando su forma e induce el inicio del desplazamiento sobre el ADN
HELICASA
Separación de las hebras de ADN
Aumentan la eficiencia de la función del complejo de inicio
PROXIMALES En unión con las TFs generales controlan los genes constitutivos, domésticos o caseros.
Se activan en momentos específicos o en tejidos particulares .
INDUCIBLES Regulan la transcripción de acuerdo con sus promotores (potencializadores o silenciadores).
PROMOTORES DE LOS GENES CLASE II SECUENCIAS O ELEMENTOS BASALES
SECUENCIAS O ELEMENTOS PROXIMALES
SECUENCIAS O ELEMENTOS DISTALES
Definen el punto de inicio de la transcripción
Apoya a la secuencia basal
Alejados del punto de origen
Posición -30 y -200 corriente arriba
Activar o inhibir la transcripción
-30corriente arriba Caja TATA Secuencia iniciadora Inr Situada entre -3 y 5
Caja CG: -50 y -100
CATT:75
Determina la frecuencia con la que se produce el inicio de la TRANSCRIPCION
CONTROL TRADUCCIONAL Mediado por proteínas represoras de la traducción.
MicroARN no codificante
Bloqueo con proteínas represoras
Poliadenilación controlada
Sobre
Es Un ARN corto con 20 a 25 bases que se unen a RITS Actúa en
Transcripción
Traducción
Modifica la cromatina de los genes diana
Dirige a los ARN homólogos
Secuencias especÍficas del ARNm
Al sitio 3’ no codificante del ARNm Responsables de la localización del ARNm Traducción
Los ARNm se almacenan sin traducir con pequeñas cadenas de poli A
Se traducen por el alargamiento de sus colas de poli A
CONTROL POSTRANSCRIPCIONAL Se ejerce
sobre
ARNm A partir
de
SEÑAL DE POLIADENILACION
MISMO TRANSCRITO 1rio. FORMA DIFERENTES ARNm
SPLICING
Extremo C terminal del ARN 3’
Formación de varias proteínas en común pero con diferentes funciones
Diferencia de exones terminales alternativos
FORMACION DE DIFERENTES poli A
¡GRACIAS POR SU ATENCIÓN
GLOSARIO
OPERÓN Conjunto de genes estructurales procarioticos que se transcriben como una unidad y sus secuencias reguladoras correspondientes.
OPERADOR Secuencia de ADN adyacente a un gen procaritico que permite que una proteína represora controle la trascripción de ese gen ( y a menudo, también en un grupo de genes consecutivos)
PROMOTOR Parte o secuencia de un gen por donde se une la polimerasa de ARN para que comience la transcripción.
REGULON Conjunto de genes no adyacentes que se regulan por un mecanismo común.
CORREPRESOR Proteína o molécula que interacciona con el represor para que este ejerza su función promotora
EPIGENÉTICO Proceso de modificación de la expresión genética por medio de cambios heredables pero irreversibles, el patrón de metilación del ADN o en la estructura de la cromatina
NUCLEOSOMA Sub unidad de cromatina compuesta por un núcleo de proteínas histonas, rodeados alrededor por 146 pares de bases de ADN
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN O FACTORES TRANS Son proteínas que interactúan específicamente como secuencias cortas concretas de ADN (en la zona promotora) o elementos cis, así como con otros factores proteicos y con la ARN polimerasa correspondiente.