Blga. Mara Leticia Amsquita CrdenasFACULTAD DE MEDICINADEPARTAMENTO DE MORFOLOGA HUMANA BIOLOGA MOLECULAR Y CELULAR

LOS DISTINTOS TIPOS CELULARESSintetizan s conjuntos de protenasControl gnico: Que genes se expresan En que momento Con que pauta temporalTipos de genes: Constitutivos: expresan constantemente Inducibles: cc Represibles: ccen que se diferencian uno del otro ?Regulacin de expresin gnica es caracterstica esencial en mantenimiento de funcin y integridad de una clula.

EXPRESIN GENICA EN RESPUESTA A SEALESSEALES NUTRICIONALESCONTACTOS INTRACELULARESDesarrolloEmbrionarioHepatocitos regulacc metabolitos respondecambios x cc activa o reprime genes

CARACTERISTICAS DEL CONTROL GNICO EN EUCARIOTASLa estructura de la cromatina afecta a la expresin gnicaNo hay operonesExiste protenas de unin a DNA que modifican actividad transcripcionalExistencia de intrones ( procesamiento alternativo)Son ms comunes los activadores que los represoresSeparacin espacial entre transcripcin y traduccinLas modificaciones post-traduccionales son frecuentes

NIVELES DE CONTROL DE EXPRESIN GNICA1. PRETRANSCRIPCIONALCambios en estructura de cromatinaModificacin de histonas: acetilacin y metilacinRemodelacin de cromatinaMetilacin de ADN2. TRASCRIPCIONAL Inicio de transcripcin: Interaccin elementos cis y transElementos cis: promotores, intensificadores y silenciadoresElementos trans: - Factores de transcripcin: basales y especficosDominios unin al DNA :Motivo dedo de zincMotivo hlice-giro-hliceMotivo cremallera de leucinaMotivo hlice bucle hliceActivadores, represores, coactivadores, correpresores, Hormonas ARN pol II3. PROCESAMIENTO DEL TRANSCRITO PRIMARIO4. CONTROL EN LA ESTABILIDAD DE ARNm5. PROCESO QUE AFECTAN TRADUCCIN6. MODIFICACIN DE PROTENAS

acetiltransferasadesacetilasasa Cromatina activa. Cromatina inactiva: PRETRASCRIPCIONAL: cambios en estructura de cromatinaa. Modificacin de histonasActivadores y represores de transcripcin se asocian con

1. FT se unen ADN y reclutan a coactivadores = histonas acetilasas 2. Histonas acetilasas acetilan a lisina de H3 y H4 disminuyen carga positiva y debilitan interaccin ADN y exponen regin promotora.3. Residuos en colas H4 altera compactacin y crea sitios unin a protenas con dominios de reconocimiento = bromodominios, mayor afinidad maquinaria de trascripcin.4. Complejos remodeladores cromatina SW1/SNF actividad ATPasa , provocan cambios de posicin o estructura de nucleosoma. SW= mutantes de levadura swi donde estaba alterado el cambio (switch) de tipo de apareamiento, y SNF= mutantes snf incapaces de utilizar la sacarosa.Otras protenas:La capacidad de ARN pol II de trascribir moldes de cromatina esta facilitada por asociacin de acetl-transfersas, protenas HMG que desplazan a H1 y apertura cromatina, factores de elongacin que estn unidos a dominio C-terminal de ARNpolb. Remodelacin de cromatinaAspectos importantes de la remodelacin de la cromatina incluyen:123

c. Metilacin de ADNIslas CpG asociadas genes especficos de tejido y mantenimiento = desmetiladasMetilacin ADN = supresin o sileciamiento por metil-transferasaMetilacin de ADN asociada a interferencia en la unin de F.T: RB y E2FMecanismo de metilacin del ADNEjemplo: genes globina estn ms metilados en clulas no productoras de Hb.

2. TRANSCRIPCIONALa. Regulacin elementos cis: Promotor, intensificadores y silenciadoresEnhancers: caractersticas: Pueden estar hasta 1, 000 pb distancia del gen. Situados aguas arriba, aguas abajo, o dentro de un intrn del gen que controlan. Accin especfica de tejido: estn presentes slo en ciertos tejidos.Silenciadores : secuencias ADN donde unen protenas represoras Aisladores( o elementos limite) son secuencias que bloquean o aislan el efecto de los intensificadores de forma dependiente de su posicin

b. Regulacin elementos trans:RNA polimerasas (I, II, III), TF, activadores y represoresFT al menos 2 dominios reconocible que son:Dominio de unin ADN: Existen varios tipos de motivos con dominio de unin al ADN, que incluyen a: dedos de zinc (receptores de hormonas esteroides)Cremalleras de leucina (factor de transcripcin dependiente de cAMP) Hlice-loop-hlice Helix-tum-hlice (protenas homeodominio codificadas por homeotic / genes homeobox)2. El dominio de activacin, permite FT: Enlazarse con otros factores de transcripcin Interactuar con la RNA polimerasa II para estabilizar la formacin de la iniciacin del complejo Reclutar protenas modificadoras de cromatina como histonas acetilasas o deacetylasesPueden distinguir: Factores generales y Factores especficos de transcripcin.

PROTEINAS REGULADORAS Y SECUENCIAS DE ADN QUE RECONOCENProtenas con motivos : hlice lmina , se unen DNA por: contacto: H, inico, hidrofbico.

ProtenasTipo de dominioSecuencia ADNSP1( specificity protein 1) FT asociados a ARN pol II. Une a caja GC presente en promotores mamiferos carentes de caja TATA. TFII-A, receptor hormonas esteroideas y tiroideasDedo de zincGGGCGGGCCCGCCCOct-1Hlice vuelta hliceATGCAATTACGTTAOct-2, myo D ATTTGCATGataTGATAGAP-1 (heterodmero jun y fos), c-mycCremallera TGA(C/G)TCACREBde leucina TGACGTCAR.GlucocorticoideDedos de zincGGTACANNNTGTTCT

CONTROL DE TRANSCRIPCIN EN CLULAS HUMANASCoactivadores: protenas que actan como adaptadores moleculares que integran seales de activadores y quizs de represores

REGULACIN DE LA EXPRESIN GNICA EN EUCARIOTASHRE= 12-14 pbHormonas esteroideasGF= Factores de crecimientoAD: Dominios de activacinLBD: Dominio de union al ligandoDBD: Dominio de union al DNA

3. PROCESAMIENTO DEL TRANSCRITO PRIMARIOa. PROCESAMIENTO ALTERNATIVO DEL ARNmUn transcrito primario puede ser procesado por la maquinaria de splicing crendose diferentes grupos de ARN maduros, con una diferente combinacin de exones.Utilidad: gen puede dar a mltiples protenasDel 35-56 % de genes humanos sufren proceso alternativoGenes protenas trasductoras de seales mayor frecuencia de este procesoMecanismo responsables desconocido, pero interacciones de U1 en sitio 5 de empalme y factor U2 determina longitud preferidas de exones

EXON SKIPPINGLa omisin de exn significa "saltar a travs de los exones". uno o varios exones faltan, o estn duplica dos o tienen errores en la secuencia de sus letras. Esto interrumpe el proceso de lectura de la informacin gentica para la biosntesis de la protena. Estos errores se pueden corregir, es decir, la sntesis de la protena puede ser restaurada de nuevo, si uno bloquea uno o ms de los exones vecinos presentes en tal manera que el mecanismo que une los exones los omita significa "saltar a travs de los exones".

CORTES Y EMPALMES EN TALASEMIAEjemplo tpicos de corte y empalme de tejido especifico. Existe mutaciones que inactivan lugares de corte y empalme Intercambio de un nucletido genera nuevo lugar de corte y empalme en un intrn lleva alargamiento exn siguiente en 5La prdida de lugar dador corte y empalme activa lugar de corte y empalme crptico que no se usa y produce acortamiento o alargamiento de exn.

CONSECUENCIAS: sntesis de Hb eritrocito y reticulocitos, restriccin en transporte O2 por eritrocito madurosCrptico sitios no comunes de corte y empalme en exn o intrnExones extendidos e intrones retenidos

Figura 7-99 Biologa molecular de la clula, quinta edicin ( Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010)La unin de colas de poli a no coincide con unin de corteTambin depende del estado de desarrollo en que se encuentra la clula.b. POLIADENILACIN ALTERNATIVA: Ejemplo: Sntesis de Ig de membrana y secrecinNo estimulo para crear sitio de poliadenilacin Estimulacin temprana de sitio de poliadenilacin

Ejemplo de poliadenilacin alternativoRegula niveles de fsforo y calcio en sangrejuga papel en la homeostasis cardiovascular y trasmisin del dolorDE UN MISMO GEN SE PRODUCE DOS PROTEINAS CON FUNCIN DIFERENTE

CORRECCIN o EDICIN DE ARNmTransporte de quilomicrones de trigliceridos Edicin de pre-ARNm de apo-BSplicing alternativo y sitio poliadenilacin= forma mejor estudiada y ms habitual regulacin de expresin gnica procesamiento ARN, no son nicas.

La edicin= modificacin de secuencia de ARNnh o ARNm, altera producto. No constituye error sino una herramienta utilizada clula para lograr determinada protena.

En humano el caso de las apoprotenas B100 y B48. Ambas son codificadas por el mismo gen y contienen ARNnh los mismos exones e intrones.ARNm no sufre modificacinMutacin puntual CxUCorreccin en gen que codifica a enzima ADAR por deaminacin de adenosina por inosinaPapel importante: sistema nervioso, correccin resulta cambios sencillos de as en receptores para algunas molculas sealizadoras en superficie de neuronas.Transporte de colesterol y steres de colesterol va partculas LDL

4. Control en el transporte del ARNm El transporte de ARN se realiza de forma activa y muy controlada a travs de los poros nucleares. Evita que intrones y otros ARN inapropiados viajen al citoplasma.Algunas protenas que se unen al ARNm durante el proceso de transcripcin, elogancin, terminacin y splicing son retenidas formando complejos de ribonucleoproteinas

5. CONTROL DE LA ESTABILIDAD DEL ARNmARNm DEL RECEPTOR DE LA TRANSFERRINAO IRE a CC citoslica Fe, este compite con mensajero por IRE se une Fe y libera el extremo 3 del receptor de transferrina. Este extremo 3 posee 5 bucles secuencias desestabilizadoras que son rpidamente reconocidas por ribozimas. De este modo se reduce la traduccin de protena y con ello ingreso de ms Fe innecesario- a la clulaLa expresin de receptores de transferrina tambin se maneja por estabilidad del mensajeroa CC citoslicas Fe, mensajero liga en extremo 3 a enzima aconitasa= IRE (elemento de respuesta al Hierro). Proteger al ARNm de la accin de nucleasas.Figura 7-111 Biologa molecular de la clula, quinta edicin ( Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010)La degradacin citoplasmtica de mayora de ARNm esta iniciada por acortamiento de colas de poli-A y eliminacin de caperuzas en 5.Tambin esta regulada por seales extracelulares ejemplo: ARNm que codifica a receptor de transferrina protena que capta hierro en clulas animales

Figura 7-107 Biologa molecular de la clula, quinta edicin ( Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010)6. PROCESOS QUE AFECTA TRADUCCINa. Control de la traduccinRegulacin de la traduccin por fosforilacin del eIF-2.En el caso particular del IFe2B es la subunidad a la susceptible de ser fosforilada por una proteinquinasa independiente de AMPc que responde a seales de estrs y se inactiva evitando la formacin del complejo 40S.El eIF-2 es requisito absoluto para inicio de sntesis de protenas en cada ciclo traduccinEl factor eIF-2 est compuesto de tres subunidades diferentes, denominadas , y tSu actividad est definida por la formacin de complejos ternarios eIF-2~GTP-Met-tRNA1 y su posterior unin a la subunidad ribosomal 405.Se cree que el GTP interacciona con las subunidades y t , de este modo el eIF-2 es capaz de asociarse con el Met-tRNA1

Fue descripta por Marilyn Kozak como (5')ACCAUGG(3'). La A que precede a la secuencia AUG y la G ubicada en la ltima posicin determinan la eficiencia de la iniciacin de la traduccin.Fase de InicioLa secuencia Kozak se encuentra en la mayora de los ARNm eucariotas: 5 gccRccAUGG3, donde R puede ser purina (A o G) tres bases antes del AUG.Secuencias reconocidas por el ribosoma como sitio de inicio de traduccin.

Figura 7-111 Biologa molecular de la clula, quinta edicin ( Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010)b. Regulacin de traduccin ARNm de ferritina mediados por hierroRegulacin de la traduccinLa misma protena que regula la traduccin del ARNmde la ferritina, controla la degradacin del ARNm de latransferrina. CC Fe citoslicas, la sntesis de ferritina se produce a altas velocidades y el hierro se liga a la aconitasa o IRE. CC Fe la IRE queda libre y se liga al ARNm de la ferritina formando un bucle en el extremo 5 bloquea el ligado de IFe4F y con ello el ensamblaje del aparato de traduccin. Bloquea la produccin innecesaria de protena.Control negativo

7. MODIFICACIN DE PROTENAS Tutores moleculares (chaperonas) Modificacin: fosforilacin, metilacinMetales pesados: dedos ZnPreprotenas. Ej: insulinaMecanismos de control despus de la traduccin

FORMACIN DE ENLACES DISULFURODISULFURO ISOMERASAPROTEOLISIS

GLUCOSILACIN

A. Factores de transcripcin en generalB. RNA polimerasa para activar la enzima a transcribir a travs de regiones de terminacin en un gen C. Factores de transcripcin que se unan al promotor pero no a la ARN polimerasaD. ARN polimerasa en un solo sitio promotorE. Spliceosomas

A. La acetilacin de las histonas centralesB. La unin de la histona H1 a nucleosomasC. La desacetilacin de la histona H4 ncleoD. Desaminacin de bases de citosina en el ADNE. Bases metilacin de citosina en el ADNUn farmaclogo empleado de una compaa farmacutica est investigando el mecanismo de accin de un nuevo frmaco que inhibe significativamente la divisin tumoral de clulas de un pacientes con leucemia mieloide aguda. l ha determinado que el medicamento sirve como un potente inactivador de la modificacin de la actividad de la cromatina que regula la expresin de un grupo de oncogenes involucrados en la presencia de estas clulas tumorales. Qu tipo de actividad en la modificacin de la cromatina es ms probablemente que ocurra para la accin de este medicamento?Respuesta: A.La acetilacinde las histonasncleonucleosomaest fuertemente asociado con la cromatinatranscripcionalmente activa.Otras modificaciones(opciones B, C y E)estn asociados conla baja regulacin dela expresin gnica. La desaminacinde la citosinaen el ADN(opcinD)no est relacionado conremodelacin de cromatina.

Referencias Alberts . 2008. Biologa Molecular de la clulaGerald Karp. 2008. Biologa Celular y MolecularCOOPER. La clulaFundamentos de Bioqumica. Donald Voet, Judith G.

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