EXPRESIÓN EN TRIPANOSOMÁTIDOS Verónica Fernández Mancebo 2013 [email protected] Trypanosoma...
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EXPRESIÓNEN
TRIPANOSOMÁTIDOS
Verónica Fernández Mancebo
2013
Trypanosoma brucei Trypanosoma cruci
Leishmania major Leishmania mexicana
Trypanosoma brucei
Organización del genoma nuclear
L. major: 32.8Mb en 36 cr peq. (0.28-2.8Mb)
T. brucei: 26Mb en 11cr grandes
T. cruci: 60.3Mb en 41 cr peq
Organizado en grandes grupos de genes policistrónicos (PGCs)
(10 a cientos de genes codifican proteínas en la misma hebra)
Repetidos Repetidos
32 53
¿Promotor? ¿Otras seq?
Codif. para ARNt ó ARNr Organización policistrónica
GGGTTA
ARN polimerasas nucleares
SUBUNIDADESARNpol II 12, ARNpol I 14, ARNpol III 17
5 subun son compartidas entre las 32 subun son compartidas entre I y III con homólogas en la II
5 subun homólogas entre las 35 subun son específicas de III2 subun son específicas de I
Diferencias con eucariotas superiores:Existen varias copias para algunas de las subunidades
El CTD de la pol II no contiene los repetidos 7-pept característicos de eucariotas superiores
• 3 ARN polimerasas nucleares (I, II y III)
• Transcripción policistrónica (genes no relacionados func.)
Inicio de la transcripción
Inicio de la transcripción
Se han identificado muy pocosAlgunos muestran clara identidad de seq con los ortólogos en
levaduras y vertebradosOtros presentan muy baja identidad
Para ARN-pol II: TRF4 (ortólogo div de TFIIB); SNAPc (SNAP50+SNAP2+SNAP3); TFIIA; TFIIH (9 sub); complejo
PBP2
Para ARN-pol III: TFIIIB (2 subunidades)
Para ARN-pol I: CITFA (específico para tripanosomátidos)
Factores de transcripción
Copyright © 2004, American Society for MicrobiologyMol Cell Biol. 2004 November; 24(21): 9610–9618.
doi: 10.1128/MCB.24.21.9610-9618.2004.
Functional Characterization of a Trypanosoma brucei TATA-Binding Protein-Related Factor Points to a Universal Regulator of Transcription in Trypanosomes
Jia-peng Ruan,1 George K. Arhin,2 Elisabetta Ullu,2,3 and Christian Tschudi1,2*
Departments of Epidemiology and Public Health1 Internal Medicine2 Cell Biology, Yale University Medical School, New Haven, Connecticut3
*Corresponding author. Mailing address: Department of Epidemiology and Public Health, Yale University Medical School, 295 Congress Ave., New Haven, CT 06536-0812. Phone: (203) 785-7332. Fax: (203) 785-7329. E-mail: [email protected].
Received 2004 May 16; Revised 2004 July 19; Accepted 2004 August 13.
TRF-4 y SNAP50Rol esencial en ARN pol I, II y III
No necesariamente se unen en la región promotora, pero son importante en la transcripción de los genes:
PARP, SL, U-snRNA
•Factor universal de transcripción relacionado con TBP (TRF4: TBP related
factor 4)
Finalización de la transcripciónPara ARN-pol II:
Tract de 6 o más “T” en 3’ del SL (similar a pol III) está involucrado en la finalización de la transcripción, pero no en la transcripción de genes de proteínas (¿diferencia en los complejos que transcriben?)
En PGCs convergentes se separan por varios ARNt ¿la transcripción termina dentro de los genes de ARNt?
¿estructura de la cromatina importa en la finalización de la transcripción?
Para la ARN-pol III:
Finaliza en varias Ts en el 3’ (nº variable en cada ARNt). No se ha identificado alguna proteína involucrada
Para la ARN-pol I:
Finaliza en el 3’, en área conteniendo secuencias cortas con potencial de formar un loop (similar a bacteria indep de rho)
En genes de PRO: 3 elementos de secuencias en el 3’ que actúan sinergisticamente en una manera dependiente de la orientación
• Es responsable de la transcripción de genes estruct (act, tubulina), de los genes del miniexon (ARN-ME o SLRNA) y otros snoARN
• No parece existir promotores clásicos de eucariotas
• Expresión constitutiva sin gran regulación en el inicio de la transcripción (similar a los TATA-less de eucariotas superiores)
• Sin intrones (excep Poli(A) polim. de T.brucei, T.cruzi)
• Transcripción policistrónica mRNA maduro monocistrónico: capping, poli(A)
ARN polimerasa II
TripartitaInr
100pb
Inr = CYAC/AYR(+1)
SL-RNA T...T
-60 -30 Pol II
PBP2PBP1
3 subunidadesuna TBP-like
InrEvidencia que reclutala pol II
Promotor para ARN-pol II
• Todos los genes de un PGC son transcriptos al mismo nivel como unidad policistrónica
• Todos los ARNm maduros comienzan con la misma secuencia de 30-40 nt -> miniexon (ME - SL)
• Esa secuencia no se encuentra en las vecindades del gen que está siendo analizado
• Existen 100-200 genes para ME por núcleo en tandem
• c/u está presente en un repetido de aprox 1,3 kb
• Su transcripto presenta Cap 4 (m7G, metilaciones 2’OH ribosas 1-4 y metilaciones en las bases 1 y 4) y es monocistrónico
Qué se sabe sobre los pre-ARNm
trans-splicing y poliadenilación están acoplados
Generan ARNm maduro para ser exportado del núcleo
ARNm de las sintetasas de
aminoacil-tRNA
Si todos los genes del una PGC se transcribe en un mismo
transcripto primario ¿por qué se tiene diferente
concentración de las proteínas codificadas por esos genes?
Incluso ¿diferente concentración de ARNm maduro?
Transcripción constitutiva de genes para proteínas
La principal regulación se da a nivelPOST-TRANSCRIPCIONAL
ElongaciónRegiones intergénicas (ME/poli(A))
Estabilidad ARNm (3’UTR)Traducción
Estabilidad de la proteína
Reg. Cod.ME AAAAA n
5’ UTR 3’ UTR
Regulación de la expresión
• Esta regulación es la clave para los cambios en la expresión génica
• Elementos en las regiones intergénicas (rol de las regiones UTR)
GP82: gp de superficie
presente en la forma infectiva y ausente en la
sanguínea
Destinos de los ARNm en
tripanosomátidos
(modelo)
ORF
3’UTR
5’UTRCAP4
RBP
•Transcribe ARN pequeños (5S, tARNs, 7SL-ARN y todos snARN) usando snARN
•Básicamente presenta los mismos promotores que eucariotas superiores: estar tanto en la región 3’ como 5’
Promotor para ARN-pol III
DSE PSE TATA Tipo III
A CTipo I
A BTipo II
Punto de inicio
ARNr 5S
ARNt
U2-U6
TSS/Inr
T. brucei
• Transcribe: ARN ribosomal (nucleolo) y genes de Ags de superficie (VSG y PRO)
• ARNr maduro: 20% 5’PO4 y 80% 5’ OH
• Promotor parecido de los eucariotas superiores
Core promoter
Punto de inicio
–170 –150 –130 –110 –60 –40 –20 –10 +10 +20Upstream control element
Pol I
Promotor para ARN-pol I
Dom III (distal) Dom II DomI
Core
Promotor para ARN Pol
I
Suficiente para transcribir VSG
Se estimula la actividad por la presencia de elementos en el 5’ (UCE)
Aparentemente están siempre activos (regulación de las unidades de VSG y de PRO?).
VSGs
T. brucei:Inmunofluorescencia de formas sanguíneas
usando Acs contra
VSG 221
VSG VO2
Variant Surface Glycoprotein
• Cada cambio se acompaña de un pico de parasitemia
1. Southern blot: ADN de distintas poblaciones del parásito, Digestión con enzimas de restricción, Electroforesis en gel de agarosa, Transferencia a membrana de nylon, Hibridización.
2. Hirbridización con un ADNc de una población (pej. b)
a b c d ...etc
Copia Básica (BC)
Copia ligada a la expresión (ECL)
Más del 50% de los genes VSGs siguen este patrón
Genes VSG: copia ligada a la expresión (ECL)
VSG
Cambio de Expresión
VSG(tel-inact)
VSG(interno)
VSG(tel-act)
VSG(tel-inact)
VSG(interno)
VSG(tel-act)
VSG(tel-inact)
VSG(interno)
VSG(tel-act)
VSG(tel-inact)
VSG(interno)
VSG(copia-act)
VSG(tel-act)
VSG(tel-inact)
VSG(interno)
VSG(tel-act)
VSG(interno)
VSG(tel-inact)
La formación del ELC ocurre por conversión génica
ARN pol mitocondrial (mitARNpol)
El ADN en el kinetoplasto está distribuído en: maxi-(30-50kb) y mini-(0.8-1.6 kb) círculos
10-30 copias 30000-50000 copias genoma mitocondrial ARNguias
No se han encontrado secuencias promotoras consenso
Transcribe ARN poli-cistrónicos que luego se procesa (corte en ARN monocistrónicos seguido/acompañado de editado (+/-U), poli-A para ARNm y poli-U para ARNg)
NOTA: en el núcleo se transcriben:.el ARN mitARNpol, que se sintetiza en el citosol (1 subunidad).los ARNt del kinetoplasto y se deben importar
RET1 (RNA editing TUTase 1).
Editado
• Modificación de información génica codificada en el ADN
• Se adicionan o se remueven bases del ARNm (en general se introducen o se sacan “U”)
• Ocurre en la mayor parte de los ARN mitocondrial.
• Se corrige el marco de lectura.
Simple: número pequeño de U en el extremo 5´ cox2 T.brucei
Extensa: 60% del ARNm maduro no codificado por el gen
> 50% de los genes de T. brucei mitocondriales, ej. Cox3
• Todos los ARNg tienen su propio gen en el minicírculos mitocondriales (salvo el 3’ de COXII)
•Son pequeños (40-70nts) y no sufren edición.
•El extremo 5’ de cada ARNg es complementario a la secuencia cercana a la región editada hacia el 3’ del mRNA.
•El extremo 3’ de los gRNAs tienen una cola de U (5-15nts), agregada por una terminal uridil transferasa (TUTasa).
•La región intermedia contiene la secuencia complementaria a la porción editada del mRNA. (AU, GC y GU)
ARNg
Editado
5’
5’ 3’3’
anclas
Seq guía de edición
pre-ARNm
ARNg
•Editosoma: corta el transcripto y agrega Us (TUTasa), mantiene los extremos abiertos, elimina las Us no apareadas (exoribonucleasa U-específica) y liga los extremos del transcripto mRNA editado.
(Blum et al. 1990
TbRGG2
Armar marcos de lectura:
- crear codón de inicio y de terminación,
- establecer marcos de lecturas funcionales
La edición es esencial para la diferenciación en T. brucei
Las cantidades relativas de ARNm editado y sin editar varía en los diferentes estadios (¿mec. de regulación?)
Algunas consideraciones
Editado
La edición alternativa del RNAm de la citocromo C oxidasa mitocondrial III (COXIII) en Trypanosoma brucei produce una nueva proteína de unión a ADN: AEP-1.
AEP-1 sería una estructura que enlaza físicamente el kADN y cuerpos basales flagelares.
La expresión en tripanosmátidos…
•Entender la regulación la expresión génica ayudaría a comprender procesos (diferenciación, virulencia, variación antigénica) y a encontrar blancos claves para controlar la infección.
•Mecanismo de expresión único (transcrip policistrónica, trans-splicing, editado de ARNm, la ARNpol I sintetiza ARNm).
•La iniciación de la transcripción de genes de proteínas parece ser comparable a los promotores sin caja TATA de humanos y otros mamíferos (cr 1 de L major).
•La transcripción no parece ser atípica ya que se han identificado factores de transcripción generales diferentes a los eucariotas superiores.
¿PREGUNTAS?