Regula c i on Genetic a 2013
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carla-flores -
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Curso: Biologa Celular y Molecular
Oscar Nolasco Crdenas MSc. [email protected]
Noviembre - 2013
Regulacin de la Expresin gentica
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Regulacin de la cantidad de protenas Transcripcin del gen
Procesamiento del RNA
Recambio de RNA
Traduccin de mRNA
Procesamiento, emsamble y recambio de la protena
Regulacin de la actividad proteica Alosterismo
Modificacin covalente
Una clula puede cambiar la expresin de sus genes en respuesta a un
estimulo externo
En un organismo multicelular, las clulas se diferencian por el tipo de
protenas que sintetizan a pesar de contener el mismo DNA
La expresin de los genes puede ser regulada en muchos pasos en la va :
DNA a RNA a Protenas
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El inicio de la transcripcin es el punto principal de regulacin que es
modulado por:
REPRESORES
ACTIVADORES
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El activador puede ejercer una activacin alosterica de la RNA polimerasa
Protenas que curvan el DNA pueden facilitar la interaccin entre distantes
protenas reguladoras que se unen al DNA
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Durante los pasos de regulacin de la transcripcin los patrones de enlaces de hidrogeno y grupos
aceptores son las caractersticas mas importante en el
reconocimiento de genes por las protenas regulatorias
adems de la secuencia de nucletidos y la
geometra de la doble hlice.
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Las protenas regulatorias, contienen un motivo estructural que puede leer las
secuencias de DNA:
El motivo hlice torsin hlice es uno de los motivos mas comunes que se encuentran en protenas que se unen al DNA como son las protenas
homeoticas de Drosophila, represor lambda, represor triptfano y CAP
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El motivo Dedos de Zinc es un motivo que utiliza una o mas molculas de Zinc
El motivo Cierre de leucina
Motivos de hoja B tambin pueden reconocer DNA
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Regulacin de la expresin gentica:
Transcripcin del gen
Regulacin positiva La unin de un
activador facilita la transcripcin
Regulacin negativa La unin de un
represor inhibe la transcripcin
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Regulacin de la expresin en
procariotes: OPERONES
Un opern es un grupo (cluster) de genes funcionalmente
relacionados que se encuentran coordinadamente regulados
Contiene:
Genes Estructurales: codifican a enzimas
Genes Regulatorios: codifican represores o activadores de la expresin
Sitios de regulacin: Promotores, operadores
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CONTROL NEGATIVO
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OPERON lac de E. coli
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Un nivel de 10 tetrameros de represor
por celula asegura el
enlace operador represor
en un 96%.
La induccion reduce la afinidad del operador al
represor. Solo el 3% de
operadores se unen.
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Control positivo: Protena activadora de catabolitos
o protena receptora de cAMP
Glucosa es el principal suministro de carbono para E coli
La glucosa causa represin de otros operones que catalizan el metabolismo
para otras fuentes de carbono como operon lac
En la ausencia de glucosa, los operones necesarios para el metabolismo de
otras fuentes de carbono es inducida.
Es mediada por cAMP y CAP
En presencia de glucosa, [cAMP] es cerca de 10-7 M
En ausencia de glucosa, [cAMP] se incrementa cerca de 10-4 M
Protena activador del catabolito CAP
Es un dimero
Se une a cAMP
cAMP-CAP se unen al DNA adyacente al promotor y estimulan la transcripcin
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Regulacin del operon trp de E. coli
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Organizacin del operon trp de E coli
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El operon trp es regulado en parte por un
apo-represor
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El operon trp es tambin regulado por atenuacin
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El operon trp es tambin regulado por atenuacin
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Como funciona la atenuacin de la transcripcin
La [trp] determina la [trp-trNA]
La [trp] determina la traduccin ribosomal adicionando triptofano al peptido Leader o peptido seal
Si el trp es adicionado :
El ribosoma se desplaza hasta el codon stop
El atenuador es una estructura secundaria que causa la terminacin de la transcripcin (OFF)
Si el trp no es adicionado
Se forma una diferente estructura en el RNA leader
Permitiendo la transcripcin de los genes estructurales
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Requerimientos para la atenuacin
del operon trp
Transcripcin y traduccin simultanea
Un segmento de RNA puede servir como un terminador debido a la estructura secundaria que
forman sus bases apareadas
Una estructura secundaria alternativa en el RNA no permite la transcripcin
No se requiere de una protena adicional como por ejemplo un represor
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Estructuras alternativas en el RNA lider
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La actividad del ribosoma determina la
estructura secundaria del RNA lider de trp
Alta concentracin de
triptfano, provoca la
terminacin de la
transcripcin
Baja concentracin de
triptfano, mantiene la
transcripcin
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Muchos operones de biosintesis
son regulados por atenuacin
Operones de sintesis de aminoacidos: His, phe, leu, thr
En cada caso un corto RNA leader y un polipeptido preceden a los genes estructurales. El
peptido leader es rico en el aminocido producto
de la via de sintesis
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Alternativos factores sigmas pueden dirigir la expresin de set de promotores
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Estados de los genes de eucariotes Inactivo:
Cromatina inaccesible o condensada heterocromatina
Cromatina accesible, pero con presencia de protenas represoras o falta
de activadores de la iniciacin
Cromatina accesible, la transcripcin se ha iniciado pero la polimerasa no puede
elongar el transcripto
Activo:
Cromatina accesible eucromatina, transcripcin basal, requiere secuencia
promotor TATA
Cromatina accesible, transcripcin activada, requiere enhancer o activador
hebra arriba (posicin anterior a la
posicin de inicio de la transcripcin:
upstream de transcripcin)
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Regulacin en genes eucariotes
I. Nucleosomas y sus modificadores
II. Mas reguladores y regiones reguladoras mas extensas:
Exacerbadores (Enhancers)
Elementos aislantes o limtantes (Insulator)
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Enhancers
Causan el incremento de la expresin del gen
Actuan independiente de la posicin y la orientacin con respecto al gen
Pueden actuar: Incrementando el porcentaje de iniciacin en el promotor
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Los enhancer se presentan en una variedad de
posiciones respecto a los genes
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Los activadores son reclutados por los modificadores de nucleosomas que ayudan a la maquinaria transcripcional
unirse al promotor o iniciar la transcripcin
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Los activadores reclutan la maquinaria transcripcional al gen
Factores necesarios para la elongacion
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Represin transcripcional:
HDAC
Silenciadores
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Seales de transduccion y el control de la regulacin transcripcional
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Silenciadores
Secuencias que causan la disminucin de la expresin del gen
Similar al enhancer pero con efecto opuesto sobre la expresin del gen
Represin del gen estructura de cromatina inactiva (heterocromatina)
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Mecanismo de silenciamiento
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La heterocromatina es nucleada en
una secuencia especifica y la
estructura de inactivacin se
propaga a lo largo de la fibra de DNA
Los genes en esa regin son
inactivados
Algunos promotores activos pueden
inhibir la expansin. Algunos aislantes
(insulator) dominios independientes de
transcripcin pueden proteger una
regin de transcripcin activa
La inactivacin de genes en esa
vecindad causa el efecto de posicin
abigarrado
Position effect variegation PEV en el
cual clulas genticas idnticas tienen
diferente fenotipo.
En Drosophila regiones del ojo carecen
de color debido a que el gen white
(requerido para el pigmneto rojo) fue
inactivado por estar adyacente a la
heterocromatina en algunas clulas,
mientras en otras clulas permanece
activo.
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El efecto del silenciamiento
telomerico en levaduras es
anlogo, los genes translocados a
una posicin telomerica muestras
una variable perdida de su
actividad . En este caso la unin
de Rap 1 (represor activator
protein1) inicia el evento de
nucleacin que resulta en el
reclutamiento de protenas de
heterocromatina.
Adicional a los telomeros , otros
dos sitios son nucleados en
levadura,
HML y HMR son copias de MAT
(locus de Yeast mating type)
donde se observa una nucleacin
de heterocromnatina va protenas.
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La metilacin en el DNA esta asociada al silenciamiento en genes de clulas animales
fenmeno llamado imprinting
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Un gen de eucariote
Secuencia
Terminador
Promotor/
Regin de Control
Sitio de inicio
de transcripcin
RNA Transcripto
5 UTR Regin no traducida
3 UTR Regin no traducida
Exones
Intrones
3 5 Exon 2 Exon 3 Int. 2 Exon 1 Int. 1
3 5 Exon 2 Exon 3 Exon 1 Int. 2 Int. 1
