Control de la Control de la Expresión GénicaExpresión Génica

Control de la Transcripción en Control de la Transcripción en ProcariontesProcariontes::OperonesOperones

Un grupo de genes bacterianos transcritos a partir de un mismo pUn grupo de genes bacterianos transcritos a partir de un mismo promotor. Cada romotor. Cada uno de los cinco genes codifica una enzima diferente; todas ellauno de los cinco genes codifica una enzima diferente; todas ellas son necesarias s son necesarias para sintetizar el aminoácido para sintetizar el aminoácido triptófanotriptófano. Se transcriben como una sola molécula . Se transcriben como una sola molécula de de mRNAmRNA, lo cual permite coordinar su regulación. Los grupos de genes q, lo cual permite coordinar su regulación. Los grupos de genes que se ue se transcriben a partir de un sólo promotor son habituales en bactetranscriben a partir de un sólo promotor son habituales en bacterias. Cada uno rias. Cada uno de estos grupos se llama de estos grupos se llama OperónOperón. Dentro del promotor está el . Dentro del promotor está el operadoroperador, una , una secuencia que regula la expresión de los genes del operón secuencia que regula la expresión de los genes del operón

promotor

operador inicio de transcripción

triptófano

represor activo

represor inactivoRNA polimerasa

GENES ENCENDIDIOS GENES APAGADOS

EncendidioEncendidio y Apagado de los Genes del Operón y Apagado de los Genes del Operón TriptófanoTriptófano ((trptrp))

Cuando el nivel intracelular de Cuando el nivel intracelular de triptófanotriptófano ((trptrp) es bajo, la RNA polimerasa se une al promotor y ) es bajo, la RNA polimerasa se une al promotor y transcribe los cinco genes del operón transcribe los cinco genes del operón trptrp. Cuando el nivel de . Cuando el nivel de trptrp es alto, el represor de es alto, el represor de triptófanotriptófanoes activado para unirse al operador, donde bloquea la unión de les activado para unirse al operador, donde bloquea la unión de la RNA polimerasa al promotor.a RNA polimerasa al promotor.

Mecanismos de Control de Expresión de Genes en Mecanismos de Control de Expresión de Genes en ProcariontesProcariontes

REGULACIÓN NEGATIVAel represor unido previene la transcripción

REGULACIÓN POSITIVAel activador unido promueve la transcripción

EL LIGANDO SE UNE PARA REMOVER LA PROTEÍNA REGULATORIA DEL DNA

EL LIGANDO SE UNE PARA PERMITIR LAUNIÓN DE LA PROTEÍNA REGULATORIA AL DNA

proteína represora unida

proteína activadoraunida

RNA polimerasa

LA ADICIÓN DE LIGANDO ENCIENDE LA EXPRESIÓN DEL GEN REMOVIENDO LA PROTEÍNA REPRESORA

LA ADICIÓN DE LIGANDO APAGA LA EXPRESIÓN DEL GEN REMOVIENDO LA PROTEÍNA ACTIVADORA

LA REMOCIÓN DEL LIGANDO ENCIENDE LA EXPRESIÓN DEL GEN REMOVIENDO LA PROTEÍNA REPRESORA

LA REMOCIÓN DEL LIGANDO APAGA LA EXPRESIÓN DEL GEN REMOVIENDO LA PROTEÍNA ACTIVADORA

GEN ENCENDIDO

GEN ENCENDIDOGEN APAGADO

GEN APAGADO

represor inactivo

El Operón El Operón laclac

PromotorPromotor OperadorOperadorGen Gen ReguladorRegulador Gen ZGen Z Gen YGen Y Gen AGen A

Represor lacRepresor lac

Enzimas de Enzimas de metabolizaciónmetabolizaciónde lactosade lactosa

La RNA polimerasa no se puede unir, la transcripción se bloquea

Sin LactosaSin Lactosa

represor unido al operador

represor activo

Con LactosaCon Lactosa

La lactosa induce transcripción uniéndose al represor, el cual no se puede unir al operador

RNA polimerasa se une

inductor(lactosa)

inductor unido al represor

Transcripción procede

mRNA Transcrito

El Operón El Operón laclac::Transcripción inducida Transcripción inducida por la remoción de un por la remoción de un represorrepresor

El Operón El Operón laclac::Transcripción activadaTranscripción activadapor la unión de CAP al por la unión de CAP al promotorpromotor

CAP = CAP = catabolitecatabolite activatoractivatorproteinprotein

Permite a las bacterias Permite a las bacterias utilizar otras fuentes de utilizar otras fuentes de carbono cuando la glucosa carbono cuando la glucosa es escasa.es escasa.

Glucosa Glucosa cAMPcAMP

La RNA polimerasa se une al complejo del promotor

Los genes no son transcritos

La RNA polimerasa no se puede unir

Baja Glucosacomplejo

CAP-cAMP(activador)

CAP

cAMP

Transcripción procede

mRNAtranscrito

Alta Glucosa

OPERÓN APAGADOporque no se une CAP

OPERÓN APAGADOporque no se une CAPy se une el represor lac

OPERÓN APAGADOporque se une el represor lac

OPERÓN ENCENDIDO

PROMOTOR

SITIO DE UNIÓN DE

CAP

INICIO DE TRANSCRIPCIÓN

Los niveles de glucosa y lactosa controlan la transcripción desde el operón lac mediante sus efectos sobre la proteína represora lac y CAP. La lactosa se une al represor y la remueve del DNA. LA adición de glucosa disminuye la concentración de cAMP y, como éste ya no une CAP, esta proteína activadora se disocia del DNA, apagando la expresión. LacZ, el primer gen del operónlac, codifica para b-galactosidasa, que hidroliza lactosa a galactosa y glucosa.

Control Dual Control Dual del Operón del Operón laclac

Control Transcripcional en Eucariontes:Control Transcripcional en Eucariontes:Diferencias con Diferencias con ProcariontesProcariontes

•• RNA RNA polimerasaspolimerasas de eucariontes requieren de de eucariontes requieren de factores generales de transcripciónfactores generales de transcripción, , que se ensamblan en el promotor antes del inicio de transcripcque se ensamblan en el promotor antes del inicio de transcripción. Este proceso de ión. Este proceso de ensamblaje puede ser regulada por diferentes factores. En ensamblaje puede ser regulada por diferentes factores. En procariontesprocariontes, la RNA , la RNA polimerasa puede iniciar la transcripción por sí sola.polimerasa puede iniciar la transcripción por sí sola.

•• La mayoría de las proteínas La mayoría de las proteínas regulatoriasregulatorias de eucariontes actúan a distancia, es de eucariontes actúan a distancia, es decir, uniéndose al DNA miles de nucleótidos río arriba del gedecir, uniéndose al DNA miles de nucleótidos río arriba del gen cuya expresión n cuya expresión regulan. Por esto, un promotor es susceptible de ser regulado regulan. Por esto, un promotor es susceptible de ser regulado por una gran por una gran cantidad de elementos cantidad de elementos regulatoriosregulatorios esparcidos por el cromosoma. Estas son las esparcidos por el cromosoma. Estas son las secuencias secuencias enhancerenhancer ((exacerbadorasexacerbadoras o o incrementadorasincrementadoras). Este fenómeno también). Este fenómeno tambiénocurre en ocurre en procariontesprocariontes, pero constituye una excepción., pero constituye una excepción.

ESTRUCTURA DE UN GEN DE EUCARIONTEESTRUCTURA DE UN GEN DE EUCARIONTE

secuencias regulatorias promotor región transcrita

DNA espaciador

Factores GeneralesFactores Generalesde Transcripciónde Transcripción

Ensamblaje de los factores generales de transcripción requeridos para la iniciación de transcripción por la RNA polimerasa II. Primero TFIID se une a la caja TATA (~-25 en eucariontes). TFIIB se une a este complejo, seguido por la RNA polimerasa II, escoltada por TFIIF. Luego TFIIE y TFIIH se ensamblan sobre el complejo. En presencia de ATP, TFIIH fosforila a la RNA polimerasa II, lo cual libera a la polimerasa de este complejo, para que pueda iniciar la síntesis de RNA. Las otras dos RNA polimerasas, I y III, requieren de otros factores generales de transcripción y no dependen de una caja TATA.

Activación Génica a DistanciaActivación Génica a DistanciaLos factores generales de transcripción y la RNA polimerasa no se ensamblan eficientemente por sí solos en el promotor. Es necesaria la unión de una proteína regulatoria a un incrementador, a una distancia de hasta decenas de miles de pares de nucleótidos del inicio de transcripción

Activación Génica en Activación Génica en ProcariontesProcariontes y Eucariontesy Eucariontes

Los factores generales de transcripción y la RNA polimerasa II se ensamblan sobre el promotor. La característica más importante de los promotores de los genes transcritos por la RNA polimerasa II es la presencia de la Caja TATA, que actúa como punto de inicio del ensamblaje de los factores generales de transcripción. El punto en que la RNA polimerasa II inicia la transcripción se encuentra generalmente 25 pares de nucleótidos en dirección 3’ de la caja TATA. Las secuencias regulatorias génicas actúan como lugares de unión de las proteínas regulatorias cuya presencia en el DNA afecta la velocidad a la que se trasncriben los genes.

Secuencias Secuencias RegulatoriasRegulatorias en un Gen Eucariótico Típicoen un Gen Eucariótico Típico

Muchas Proteínas Activadoras de Transcripción Muchas Proteínas Activadoras de Transcripción Aceleran el Ensamblaje de los Factores Generales de TranscripcióAceleran el Ensamblaje de los Factores Generales de Transcripciónn

La mayoría de las proteínas activadoras poseen un La mayoría de las proteínas activadoras poseen un dominio de unión al DNAdominio de unión al DNA y otro y otro que se une a la maquinaria de transcripción y acelera la velocidque se une a la maquinaria de transcripción y acelera la velocidad de iniciación de ad de iniciación de transcripción (transcripción (dominio de activacióndominio de activación).).

Ejemplo: La proteína GAL4, unida al DNA río arriba del gen, facilita la unión de TFIID al complejo de factores generales de transcripción. Las proteínas activadores de transcripción incrementan la tasa de transcripción típicamente en hasta 1000 veces.

Modo de Acción de las Proteínas Represoras de Genes de EucariontModo de Acción de las Proteínas Represoras de Genes de Eucarionteses

Unión competitivaal DNA

enmascaramiento de la superficie

de activación

interacción directa con factores generales

de transcripción

proteínas activadoras y represoras compiten por la unión a la misma secuencia regulatoria

el represor se une al dominio de activación del activador, evitando la unión de la última a la maquinaria de transcripción

el represor actúa sobre una etapa temprana del ensamblaje de los factores generales de transcripción, bloqueando la continuación del ensamblaje

Como una Proteína Como una Proteína RegulatoriaRegulatoria es Controlada en es Controlada en EucariontesEucariontes

INACTIVA

ACTIVA

SINTESISPROTEICA

UNION DE LIGANDO

FOSFORILACION DE PROTEINAS

ADICION DE SEGUNDA

SUBUNIDADDESENMASCA-

RAMIENTOESTIMULACION DE

ENTRADA AL NUCLEO

A) la proteína es sintetizada sólo cuando se requiere y se degrada rápidamente para evitar su acumulación

B) activación por unión de ligando

C) activación por fosforilación (PROTEINAQUINASAS)

D) formación de un complejo entre una proteína de unión a DNA y otra proteína con un dominio de activación transcripcional

E) desenmascaramiento de un dominio de activación por la fosforilación de una proteína inhibidora

F) estimulación de la entrada al núcleo por la remoción de una proteína inhibidora que de otra manera mantiene a la proteína regulatoria fuera del núcleo.

ImprintingImprinting

• La mayoría de los genes son expresados en igualproporción desde ambos alelos (paternos y maternos)

• Imprinting genómico es la “marca o sello” de un genbasado en su origen parental, lo que resulta en una expresión de un solo alelo.

• Imprinting genómico involucra:1.- Metilaciones de dominios ricos en CpG.2.- Remodelamiento de cromatina.3.- RNA antisentidos

Genes Genes silenciadossilenciados porpor ImprintingImprinting

• Existen Aproximadamente 100-200 genes.

• Involucrados en muchos aspectos del desarrollo: – Crecimiento fetal y de placenta– Proliferación celular– Desarrollo del cerebro– Comportamientos en el adulto

Prader-Willi syndrome Angelman syndrome

RemodelaciónRemodelaciónde de nucleosomanucleosoma

Colas de Colas de laslas HistonasHistonasson son modificadasmodificadas

RNA antisentido (Factor de Crecimiento tipo Insulina)

AleloAlelomaternomaterno

AleloAlelopaterno paterno

Igf2r Igf2r mRNAmRNA

AirAir RNARNA

RESUMENRESUMEN

•• La transcripción de genes individuales es encendida o apagada La transcripción de genes individuales es encendida o apagada por la acción por la acción de proteínas de proteínas regulatoriasregulatorias. .

•• En En procariontesprocariontes, estas proteínas se unen normalmente a secuencias , estas proteínas se unen normalmente a secuencias regulatoriasregulatorias en el DNA cercanas al sitio de inicio de la transcripción y acten el DNA cercanas al sitio de inicio de la transcripción y actúan, ya úan, ya sea activando o reprimiendo la expresión.sea activando o reprimiendo la expresión.

•• En eucariontes lo más común es que estas proteínas En eucariontes lo más común es que estas proteínas regulatoriasregulatorias se unan al se unan al DNA a distancias muy lejanas del inicio de transcripciónDNA a distancias muy lejanas del inicio de transcripción

•• Aunque la RNA polimerasa de Aunque la RNA polimerasa de procariontesprocariontes puede iniciar la transcripción por sí puede iniciar la transcripción por sí sola, las RNA sola, las RNA polimerasaspolimerasas de eucariontes requieren del ensamblaje de factores de eucariontes requieren del ensamblaje de factores generales de generales de trasncripcióntrasncripción sobre el promotor.sobre el promotor.

•• Mientras la transcripción de un típico gen de Mientras la transcripción de un típico gen de procarionteprocarionte requiere de la unión requiere de la unión de una o dos proteínas de una o dos proteínas regulatoriasregulatorias, la de un gen de eucarionte es mucho más , la de un gen de eucarionte es mucho más compleja y puede requerir de una serie de proteínas compleja y puede requerir de una serie de proteínas regulatoriasregulatorias. .