1

Tema 2

Expresión génica

1er. Bloque. Fundamentos de Genética Molecular

Enfermedad de la orina negra

Herencia mendeliana recesiva

Ácido homogentísico

Ácido maleilacetoacético

Enzima HGO La alcaptonuria es uno de los primeros ejemplos de enfermedad debida a la ausencia de una actividad enzimática (denominadas por Garrod errores congénitos del metabolismo) La enfermedad tiene un patrón de herencia mendeliana

Primera asociación entre gen y proteína

Errores congénitos del metabolismo: Garrod y la alcaptonuria (1902)

2.1

2

Algunas enfermedades metabólicas 2.1

El dogma central

transcripción

replicación

traducción

Proteína

ARN

ADN

ARN funcional

ARN funcional

Gen: secuencia de núcleotidos en el ADN que se transcribe en una molécula de ARN con una función biológica propia

2.1

3

5’-ACGTTTCAGCGCCAATATGGTCGCAATCACCGTCGCGTA-3’!3’-TGCAAAGTCGCGGTTATACCAGCGTTAGTGGCAGCGCAT-5’!!

.......................................!

---ACGTTTCA GCGCCAATATGGTCGCAATCACCGTCGCGTA!5’-ACGTTTCAGCGCCAATAAGGCCGCAATCAC CGTCGCGTA-3’!3’-TGCAAAGTCGCG5’-GTTATTCCGGCGTTAGGCAGCGCAT-5’!---TGCAAAGT CGCGGTTATACCAGCGTTAGTG!

........! .........!

---ACGTTTCA GCGCCAATATGGTCGCAATCACCGTCGCGTA!5’-ACGTTTCAGCGCCAATAAGGCCGCAATCAC CGTCGCGTA-3’!3’-TGCAAAGTCGCG5’-GTTATTCCGGCGTTAGGCAGCGCAT-5’!---TGCAAAGT CGCGGTTATACCAGCGTTAGTG!

........! .........!5’-CCAAUAUGGUCG ............!

Transcripción

Transcripción a partir de una de las dos cadenas

ADN

ARN

Separación de las cadenas

2.2

Cadena molde

Síntesis de ARN

ARN polimerasa

2.2

4

Promotor

+1: punto de inicio de la transcripción Promotor: secuencia en la región 5’ donde se une la ARN

polimerasa. Reconocido por el factor sigma.

2.2

Fases de la transcripción 2.2

5

Iniciación de la transcripción 2.2

Elongación 2.2

6

Comparación entre replicación y transcripción

Replicación Transcripción

Diferencias Parecidos

ADN polimerasa ARN polimerasa

dATP, dCTP, dGTP, dTTP ATP, CTP, GTP, UTP

Todo el cromosoma Segmentos discretos (genes)

Una ronda por ciclo Varios ARN por gen por ciclo

Dos cadenas Una de las cadenas

Con cebador Sin cebador

Con actividad correctora Sin actividad correctora

Fenómeno procesivo

Complementariedad de bases

Se utiliza como molde una cadena de ADN

Polaridad 5'→3’

2.2

Tipos de ARN y su función

Función informativa: intermediario en la tradución de proteínas

•  ARN mensajero (ARNm) Funcional estructural: no se traduce

•  ARN ribosómico (ARNr) •  ARN transferente (ARNt) •  Otros ARN de pequeño tamaño

Las moléculas de ARN son más flexibles

que las de ADN Los ARN suelen formar estructuras

terciaciarias por apareamientos internos

Ciertos ARN se replican o se retrotranscriben

2.2

7

Polimerasa del ARN bacteriana 2.3

Reconocimiento del promotor: el factor sigma

Existen otros factores sigma alternativos que reconocen promotores con consensos diferentes

2.3 Secuencias consenso para σ70

8

Terminación en bacterias

terminador dependiente de ρ

terminador independiente de ρ

2.3

Relación con la traducción: ARNm policistrónico

ARNm policistrónico: contiene más de un gen

La transcripción ocurre de forma simultánea a la traducción

2.3

9

•  La transcripción ocurre en el núcleo, la traducción en el citoplasma •  Los ARNm se procesan antes de la traducción •  No hay acoplamiento transcripción-traducción •  Los ARNm eucariotas son monocistrónicos •  Hay tres polimerasas de ARN

Transcripción en eucariontes

Enzima Localización Producto Actividad relativa

Sensibilidad a α-amanitina

ARN polimerasa I nucleolo ARNr 50-70% insensible

ARN polimerasa II nucleoplasma ARNm, ARNpn 20-40% sensible

ARN polimerasa III nucleoplasma ARNt

ARNr 5S ∼10% depende de la especie

•  Numerosos factores de transcripción implicados, así como potenciadores y silenciadores

•  Terminación peor definida que en procariontes

2.4

Promotor eucariota mínimo TATA

Unión de TFIIB

Unión de ARN polimerasa y TFIIF

Unión de TFIIE y H

Unión de TFIID

Secuencias consenso del promotor en Drosophila

2.4

10

Iniciación 2.4

Intensificadores y silenciadores

2.4

Modelo general de la formación de un complejo de iniciación de la transcripción

11

Flujo de información eucariota y procariota

En los años 70, Darnell y colaboradores encuentran el ARN heterogéneo nuclear

Eucariontes Procariontes 2.5

Maduración del ARNm: caperuza (“cap”) en 5’ 2.5

12

Maduración del ARNm: poliadenilación en 3’ 2.5

Maduración del ARNm: intrones y exones

Berget, Sharp y Roberts (1977) presentaron las primeras pruebas de la existencia de intrones

2.5

Nobel de Fisiología o Medicina Sharp y Roberts, 1993

Richard J. Roberts

Phillip A. Sharp

13

Procesamiento de intrones de los pre-ARNm

2.5

Maduración alternativa

Ejemplo: gen α-tropomiosina 2.5

14

Intrones autoprocesables: grupo I

Cech (1982) Intrón autoprocesable del ARNr de Tetrahymena Concepto de ribozima

Nobel de Química Cech y Altman, 1989

Thomas R. Cech

2.5

Intrones autoprocesables: grupo II 2.5

15

Principales tipos de intrones

Tipo de intrón Localización

Tipo de corte y empalme

Pre-ARNm nuclear

Genes que codifican proteínas en el núcleo “Spliceosoma”

Grupo I

ARNr, ARNt y ARNm de orgánulos de plantas, hongos y protistas, ARNt y ARNm de bacterias y bacteriófagos, ARNr de protistas y hongos

Autoprocesado

Grupo II ARNr, ARNt y ARNm de orgánulos de plantas, hongos y protistas, ARNm de bacterias

Autoprocesado

ARNt Genes del ARNt Enzimático

2.5

Edición del ARN

CAA

UAA CAA

TAA

UAA CAA UAA UAA

traducción

5’ 3’

transcripción

traducción

edición no edición

Apo-B100 Células de Células de

intestino higado

5’ 3’ 5’ 3’

Apo-B48

5’ 3’ 3’ 5’

2.5 Modificación de la secuencia de un ARNm Ejemplo: edición del gen apo-B

16

31

Comparación ARNm

procariota-eucariota

Procariota Eucariota

2.5

El ribosoma y el enlace peptídico 2.6

Formación del enlace peptídico

La síntesis se produce añadiendo en el extremo carboxilo

17

Ribosomas procariotas y eucariotas pr

ocar

iota

s eu

cari

otas

2.6

Procesamiento de ARNr 2.6

18

Hipótesis del adaptador

Debe haber una molécula que sirva para asociar una secuencia de 3 aminoácidos en el ADN a un aminoácido en el proceso de síntesis de una proteína

Crick, 1955

2.6

El adaptador: ARN transferente

El ARNt actúa de adaptador entre el ARNm y los aminoácidos

Zamecnik, 1957 Aminoácido

2.6

19

Procesamiento de ARNt

Ciertos ARNt poseen un intrón no autocatalítico

2.6

Modelo de hoja de trébol de Holley (1965)

Brazo extra variable

*

*

*

Lazo DHU

Lazo TΨC

*

*

Modelo tridimensional

Bases modificadas –  Ácido inosínico (I) Lleva la purina hipoxantina –  Metilinosínico (Im), –  Metilguanílico (Gm) –  Pseudouridílico (ψ) –  Ribotimidílico (T) –  Hidrouridílico (Uh)

*

CCA añadido en el proceso de maduración

Estructura del ARN transferente 2.6

R.W. Holley

20

Iniciación de la traducción

Procariontes: –  El primer codón es AUG (a veces es GUG) –  Secuencia Shine-Dalgarno antes del AUG –  El ARNt iniciador lleva formilmetionina

Eucariontes: –  El primer codón es AUG –  Secuencia de Kozak en torno al AUG –  El ARNt iniciador lleva metionina

Extremo 3’ del ARN 16S

2.6

Traducción 2.6

Factores de iniciación (IF-1, IF-2, IF-3)

Factores de elongación (EF-Tu, EF-Ts, EF-G)

Factores de liberación del polipéptido (RF1, RF2, RF3)

En el proceso participan numerosas proteínas auxiliares

21

Polirribosomas eucariotas

0.5 µ m

Polirribosomas procariotas

Polisomas: ARNm con numerosos ribosomas

ARNm

ADN ARNm

2.6

Dos tipos generales de código: Un código solapante impondría

restricciones en las secuencias de aminoácidos

Si el código fuera solapante, un cambio en un nucleótido podría originar un cambio en aminoácidos adyacentes

Se propone, sobre bases teóricas, la existencia de un código de tripletes

4 x 4 = 16 combinaciones de 2 bases para 20 aminoácidos. INSUFICIENTE 4 x 4 x 4 = 64 combinaciones de 3 bases para 20 aminoácidos. SUFICIENTE

Deducciones teóricas sobre la clave genética

Crick, Barnett, Brenner Watss-Tobin, 1961: Mutaciones de inserción y deleción y supresores intragénicos de mutantes rII del fago T4

(Tema 3) Sus resultados apoyan un código de tripletes no solapante

2.7

22

Nirenberg y Matthaei, Ochoa (1961)

(1) Sintesis de heteropolímeros de ARN con polinucleótido fosforilasa (permite la síntesis sin molde de ADN) Ejemplo: 1A:5C

(2) Traducción de mensajero in vitro

Descifrando la clave: traducción de ARN aleatorio 2.7

Severo Ochoa Nobel, 1959

Khorana (1960s)

Descubrió como sintetizar copolímeros de ARN repetidos de di-, tri- y tetranucleótidos

Su traducción produce polipéptidos repetitivos

Copolímero repetido

Codones producidos

Aminoácidos en polipéptidos

UC UCU CUC Ser Leu

UUC UUC UCU CUU Ser Leu Phe

UUAC UUA UAC ACU CUU Leu Thr Tyr

Descifrando la clave: traducción de copolímeros 2.7

Nobel de Medicina y Fisiología 1968 Holley, Khorana y Nirenberg

Marshall W. Nirenberg

Gobind Khorana

23

Nirenberg y Leder (1964)

(1) Síntesis de tripletes

(2) Incubación de cada triplete con ribosomas y extractos con aminoácidos marcados (20 mezclas con uno de ellos marcado)

(3) Determinación de con qué mezcla se queda pegada la radiactividad a los ribosomas

Trinucleótidos Aminoácidos UGU UGC Cisteína GAA GAG Ácido glutámico AUU AUG AUA Isoleucina UUA UUG CUU Leucina CUC CUA CUG Leucina AAA AAG Lisina AUG Metionina UUU UUC Fenilalanina CCU CCC Prolina CCG CCA Prolina UCU UCC Serina UCA UCG Serina

Descifrando la clave: ensayo de unión a tripletes

No funcionó suficientemente bien con todos los tripletes, pero inicialmente pudieron

determinar los 26 de la tabla

2.7

La clave genética

1ª p

osición

2ª posición

3ª posición

C U U G A A 1 2 3 codón

5’ 3’

5’

3’

anticodón

A C C

2.7

24

Reglas del tambaleo

A U

C G

G C o U

U A o G

I (inosina) A, U o C

El tambaleo en el apareamiento de la tercera base del codón permite a un mismo ARNt leer distintos codones para un mismo aminoácido

Base en la 1ª posición del ARNt

(extremo 5')

Base en la 3ª posición del ARNm

(extremo 3')

C U U G A G 5’ 3’

5’ 3’

C U U G A A 5’ 3’

5’ 3’

2.7

adenina inosina

Características de la clave genética

•  Escrito en forma lineal usando las bases del ARNm

•  Cada grupo de tres ribonucleótidos (codón) especifica un aminoácido

•  Inequívoco: cada triplete especifica un solo aminoácido

•  Degenerado: un aminoácido puede ser codificado por más de un triplete. Sólo Met y Trp están representados por un solo codón

•  Contiene señales de inicio y de parada

•  No hay "comas"

•  El código no es solapante

•  El código es prácticamente universal en bacterias, arqueas y eucariontes, pero hay excepciones

2.7

25

Excepciones a la clave “universal”

Triplete Significado normal

Significado alterado Fuente

UGA FIN Trp Mitocondrias humanas y de levaduras Mycoplasma

CUA Leu Thr Mitocondrias de levaduras

AUA Ile Met Mitocondrias humanas

AGA AGG Arg FIN Mitocondrias humanas

UAA FIN Gln Paramecium Tetrahymena Stylonychia

UAG FIN Gln Paramecium

2.7

protozoos ciliados

Número de codones y frecuencia de aminoácidos Presencia en las proteínas

2.7

26

Pasos de descodificación en la traducción

La traducción es un proceso de descodificación en dos pasos

2.8

Paso 1 Paso 2

Zamecnik y col., 1958: enzima activante de aminoácidos

Carga del ARNt con un aminoácido

Aminoacil ARNt sintetasa

2.8

27

El código genético es determinado por las aminoacil-ARNt sintetasas

La fidelidad de la traducción depende de la carga correcta de cada ARNt con su aminoácido

La fidelidad depende de dos reacciones de identificación:

1) Reconocimiento del aminoácido correcto

2) Reconocimiento del ARNt correcto

Eficiencia de las aminoacil-ARNt sintetasas

Tirosina Fenil alanina

Ejemplo: la tirosil-ARNt sintetasa acila tirosina con una afinidad 104 veces mayor que fenil alanina.

2.8

Regulación

Dienert (1900). Las levaduras tienen enzimas del metabolismo de la galactosa sólo en presencia de lactosa o galactosa

Genes constitutivos - Se expresan al mismo nivel en todas las células Genes regulados - Se expresan a distintos niveles según el ambiente o el tipo celular

2.9

Objetivos de la regulación Adaptación - Respuestas a cambios o señales ambientales Desarrollo / diferenciación (sección 2.14) - Especialización celular (aunque todas las células tengan el mismo genoma)

Armonía estructural / equilibrio celular –  Ejemplo: Ciclo celular

28

Niveles de regulación

La cantidad de proteína funcional se puede controlar en distintos pasos del proceso de expresión génica

2.9

Elementos reguladores y proteínas de unión a ADN

Gen estructural Codifica una proteína que interviene en el metabolismo celular

que o desempeña un papel estructural en la célula

Gen regulador Su producto interacciona con otras secuencias y afecta a su

transcripción o expresión

Proteína de unión a ADN Se une a un elemento regulador

Elemento regulador Secuencia de ADN que afecta la expresión de las secuencias a

las que está físicamente ligada

2.9

29

Proteínas de unión a ADN

Hélice-giro-hélice

Dedo de zinc

Cremallera de leucina

Hélice-lazo-hélice

2.9

Ciclo lítico y lisogenia en virus

L i s i s

Replicación

Síntesis decápsidas

Empaquetamientoy liberación

Integración

Mantenimientocomo profago

L i sogen ia

I n f ec c ió n

Fago lambda

2.10

30

Cascada regulatoria del fago de T4 Infección

Transcripcion de genes tempranos por la ARN polimerasa bacteriana

Síntesis de una proteína que interfiere con el sigma bacteriano

Síntesis de un sigma propio para genes intermedios

Síntesis de un sigma propio para genes tardíos

Lisis

Genes tempranos

Genes intermedios

Genes tardios

Otros mecanismos de cascada: -  Antiterminadores. Proteínas que permiten que la transcripción produzca un ARNm más largo -  Represores de genes expresados anteriormente - ARN polimerasa propia, que reconoce sus propios promotores

2.10

Inductor: compuesto a cuya presencia responde la célula con la expresión de uno o más genes

Regulación de la utilización de lactosa en E.coli

lactosa

galactosa

glucosa

Isopropil-tiogalactosido (IPTG)

β-galactosidasa La lactosa induce la actividad y es sustrato de la enzima

El IPTG induce la actividad pero no es sustrato de la enzima

El X-gal no induce la actividad pero es sustrato de la enzima

β-galactosidasa

β-galactosidasa

X-gal 5,5’-dibromo-4,4’-dicloro-índigo

reacción espontánea

galactosa

2.10

31

El operón lac de E. coli Jacob y Monod (1961)

Descubrimiento del primer operón bacteriano La lactosa induce la síntesis de β-galactosidasa,

permeasa y transacetilasa, codificados por los genes lacZ, lacY y lacA

El operón está formado por un gen regulador (lacI) con su propio promotor, y los tres genes estructurales, lacZ, lacY y lacA, que comparten un promotor (P) y un operador (O).

LacI es un represor capaz de bloquear la transcripción del operón uniendose al operador

Nobel de Medicina y Fisiología Jacob, Lwoff, Monod, 1965

François Jacob

Jacques Monod

El mecanismo que regula la expresión del operón se investigó mediante la obtención y análisis de mutantes (Tema 3)

lacI lacZ lacY lacA P P O

β-galactosidasa Transacetilasa Permeasa Represor

2.10

Represor

lacI lacZ lacY lacA P P O

β-galactosidasa Transacetilasa Permeasa

Represor

Presencia de lactosa

Ausencia de lactosa

Regulación del operón lac por lactosa 2.10

lacI lacZ lacY lacA P P O

32

Secuencia del operador lac

El represor funciona como tetrámero 2.10

lacI lacZ lacY lacA P P O

La realidad molecular es siempre más compleja El tetrámero se une a dos secuencias operadoras, de las cuales una es el operador “principal”

Control catabólico del operón lac

El operón de la lactosa solo se expresa eficientemente en ausencia de glucosa

ATP

AMPc

AMP

Adenilato ciclasa

Fosfodiesterasa de AMPc

2.10

ATP

Niveles suficientes de glucosa: adenilato cilcasa inactiva

Niveles bajos de glucosa: adenilato ciclasa activa

ATP AMPc La regulación por glucosa del operon lac es llevada a cabo por un activador (CAP), que es operativo solo cuando está unido a AMPc

La unión de CAP-AMPc estimula la transcripción

+

33

Regulación del operón

lac en E. coli

dímero CAP-AMPc unido al ADN

2.10

Tipos de regulación

transcripcional 2.10

En función de la respuesta que dispara la señal:

Inducción (la señal induce la transcripción)

Represión (la señal reprime la transcripción

En función de como actúa la proteína reguladora:

Control negativo (interviene un represor)

Contol positivo (interviene un activador)

34

Operón del triptófano

Control negativo (1), reprimible

(2)

(1) Se reprime en presencia de la señal (triptófano) (2) Es regulado por un represor

Yanofsky (1970). Operón para cinco enzimas de la ruta de síntesis de triptófano

Motivo de la regulación: las enzimas solo hacen falta cuando hay escasez de triptófano

El represor es inactivo en ausencia de la señal El triptófano actúa de correpresor Hay suficiente Trp represión Escasez de Trp inducción

2.10

Atenuación en el operón del triptófano

+Trp

-Trp

2.10

35

Redes de regulación global

Represión catabólica: Inactivación de operones de uso de fuentes de carbono

SOS: Inducción de sistemas de reparación en respuesta a daños en el ADN

Choque térmico: Respuesta a condiciones de estrés

Control estricto: Respuesta a hambre de aminoácidos

Señales: Reducción del aporte de cualquier aminoácido Mutación en una aminoacil ARNt sintetasa Entrada de ARNt no cargado en el ribosoma Síntesis de pppGpp por RelA

(proteína asociada a aprox. 0.5% ribosomas)

Respuesta: Reducción masiva en la síntesis de ARNr y ARNt Disminución de la expresión de numerosos genes Reducción de la actividad metabólica Aumento en la degradación de proteínas

GTP

ATP

AMP RelA

SpoT

Proteínas ribosómicas

Algunos ejemplos en E. coli

Hay nutrientes

Escasean nutrientes

pppGpp

ppGpp GDP + PPi

2.10

Carácterísticas del control estricto

Señalización del control

estricto

Organización de los genes

Los genes procariotas suelen estar organizados en operones

Las unidades transcripcionales eucariotas son monocistrónicas

ARNm procariota

Inicios de la traducción para más de un gen

ARNm eucariota

Los genes eucariotas se regulan individualmente

En eucariontes superiores, predomina la regulación positiva sobre negativa (abundancia de genes inactivos)

Al avanzar en complejidad en la escala evolutiva, mayor número de genes cuya expresión es modulada por múltiples señales regulatorias

2.11

36

Ejemplo de regulación en eucariontes inferiores

Regulación por Gal3, Gal80 y Gal4 de los genes de utilización de galactosa de Saccharomyces (genes gal)

Los genes gal solo se expresan si hay galactosa La expresión requiere la activación por Gal4 Gal80p2 impide la activación por Gal4

2.11

Gal4: activador Gal80: co-represesor Gal3: sensor de galactosa UAS: “upstream activating sequence”

galactosa

Hay transcripción No hay transcripción

Ensamblaje de la maquinaria de transcripción

Activadores Represores

Coactivadores

Factores de transcripción basal

La accesibilidad a los promotores está limitada por la estructura de la cromatina: la activación requiere cambios estructurales

Los componentes de la maquinaria de transcripción se unen de forma secuencial

2.11

37

Regulación múltiple: Elementos de respuesta

HRE: elemento de respuesta a choque térmico GRE: elemento de respuesta a glucocorticoides SRE: elemento de respuesta al suero BLE: elemento de nivel basal MRE: elemento de respuesta a metales

Un mismo factor puede controlar a muchos genes que comparten secuencias de reconocimiento denominadas elementos de respuesta

Ejemplos de elementos de respuesta

Ejemplo de regulacón múltiple de un gen: región reguladora del gen de la metalotioneína

2.11

Puntos de regulación postranscripcional

Una vez sintetizado un ARNm, existen distintas opciones para controlar la cantidad de proteína funcional que se va a sintetizar

2.12

38

Regulación por ARN antisentido en E. coli

Ejemplo: regulación por presión osmótica del gen ompF

2.12

Cuando la presión osmótica es alta, se sintetiza un ARN cuya función es unirse al ARNm del gen ampF e impedir su traducción

Ejemplo: corte y empalme alternativo del pre-ARNm tra

Maduración alternativa de ARNm

Ejemplo de regulación: La diferenciación sexual en Drosophila es controlada por un mecanismo de maduración alternativa del gen tra

2.12

La ausencia del exón B hace que la proteína TRA sea funcional, y active los genes del desarrollo del sexo masculino

39

ARN interferente y silenciamiento

Nobel de Medicina y Fisiología

Craig, Mello, 2006

2.12

Regulación a nivel de estabilidad de ARNm 2.12

40

Regulación de la traducción

Ejemplo: Regulación de la traducción del ARNm de los genes de la ferritina y la transferrina

2.12

Ferritina: proteína almacenadora de hierro Transferrina: proteína transportadora de hierro en el plasma

Receotr de trasnferrina: proteína que recibe el hierro de la trasnferrina

En ausencia de hierro, la aconitasa bloquea la traducción del ARNm de la ferritina y estabiliza el ARNm del receptor de trasferrina

Regulación postraduccional (1) 2.12

41

Regulación postraduccional (2) 2.12

CH3!

Metilación del ADN y transcripción En muchos eucariontes el ADN se modifica por metilación de bases y azúcares

Niveles altos de metilación en citosina en sitios CpG se asocian con bajos niveles de expresión génica

5’-mCG-3’ 3’-GCm-5’

citosina

5-metilcitosina

2.13

42

Estructura de la cromatina y transcripción

La cromatina transcripcionalmente inerte es insensible a DNasa I La cromatina transcripcionalmente activa es sensible a DNasa I

–  Complejos de remodelación: proteínas que reubican nucleosomas –  Acetilación de histonas –  Metilación de histonas

•  HAT: enzimas histona acetiltransferasas

•  HDAC: enzimas histona desacetilasas

Remodelación de la cromatina

2.13

Modificaciones de las histonas

Las histonas modificadas son reconocidas por proteínas remodeladoras de cromatina

2.13

43

Proceso por el que se forma un organismo adulto a partir de una célula única llamada cigoto

Programa de cambios estructurales normalmente asociado a proliferación celular y especialización de diferentes tipos celulares (diferenciación)

En sentido amplio, cualquier proceso que implique cambio o especialización celular

Conceptos básicos del desarrollo

Diferenciación y determinación

Concepto de desarrollo en Genética

La diferenciación es el cambio en la función, organización y/o morfología celular debido a cambios en la expresión de sus genes.

La determinación es el cambio genético sufrido por una célula que conduce inexorablemente a un tipo de diferenciación en el futuro.

La diferenciación está asociada a especialización, y es con frecuencia irreversible.

2.14

Wolpert Principles of Development

A 25°C

Modelos de desarrollo: Drosophila 2.14

44

Asimetría: antero-posterior

dorso-ventral

Blastodermo sincitial

Blastodermo celular Segmentación (3+3+10)

Desarrollo temprano del embrión de Drosophila 2.14

Genes maternos

Genes “gap” (hueco)

Genes de la regla par

Genes de la polaridad segmental

Genes homeóticos

Genes cigóticos

Actuación de genes en cascada

2.14

45

Discos imaginales

Desarrollo de órganos

Mutantes homeóticos

(alteraciones en la formación de

estructuras) Concepto de

mutación: Tema 3

2.14

Modelos de desarrollo: Caenorhabditis 2.14

46

D V

Desarrollo temprano del embrión de Caenorhabditis 2.14

epidermis vulva

faringe y neuronas

gónadas somáticas

Línea germinal

intestino

50

40

30

20

10

0 horas

959 células

Mapas de destino 2.14

47

Otros modelos de desarrollo animal Pez cebra Ratón Pollo Sapo

2.14

conejo pollo tortuga ternero cerdo reptil pez humano Similitudes embrionarias

2.14

48

Comunicación intercelular

Difusión de señales

Contacto directo

Conexión directa

Zigoto asimétrico

Señales en el desarrollo

2.14

Modelo de desarrollo en plantas: Arabidopsis 2.14