expresión diferencial del genoma

1. Regulación de la expresión genética Los fenómenos moleculares que subyacen a la diferenciación celular y la respuesta a las señales ambientales involucran la expresión diferencial del genoma

2. RNAm inactivo Degradación del RNAm Transcritp de ARN RNAm DNA RNAm Control de actividad protéica Control de Traducción Control de procesamiento del RNA Control transcripcional Transporte de RNA y control de localización Proteína inactiva proteína Posibles puntos de regulación de la expresión génica en eucariontes Citosol Núcleo

3. 1) Regulación de la transcripción en eucariontes (i)Regulación del inicio de la transcripción por proteínas solubles (factores transcripcionales en eucariontes) (ii)Remodelación de la estructura cromatínica (iii)Regulación por metilación del ADN (iV)Regulación de la transcripción por ARN no codificante (v) Regulación de la elongación de la transcripción

4. 1) Control transcripcional (i) Regulación del inicio de la transcripción en eucariotas • La transcripción en las células eucarióticas está controlada por proteínas que se unen a secuencias reguladoras específicas y modulan la actividad de la ARN polimerasa. • En eucariotas, las proteínas reguladoras de genes pueden influir sobre un promotor aún cuando estén unidas a secuencias de ADN distantes a miles de nucleótidos (estimuladores o enhancers) • El empaquetamiento del ADN en la cromatina constituye un factor regulador importante

5. (i) Regulación del inicio de la transcripción en eucariotas Algunas diferencias respecto de los procariotas • En eucariotas, las proteínas reguladoras de genes pueden influir sobre un promotor aún cuando estén unidas a secuencias de ADN distantes a miles de nucleótidos. • La RNA polimerasa II requiere del ensamblaje de los factores generales de transcripción, que a su vez están sujetos a señales regulatorias • El empaquetamiento del ADN en la cromatina constituye un factor regulador importante

6. (i) Regulación del inicio de la transcripción en procariontes Genes estructurales Control negativo del operón lac por presencia de lactosa El gen i codifica un represor que, en ausencia de lactosa se une al operador y bloquea la transcripción de los genes estructurales. La presencia de lactosa induce la expresión del operón uniéndose al represor y evitando que este represor se una al operador.

7. Control positivo del inicio de la transcripción del operón lac por la falta de glucosa Si hay mucha glucosa no se producen las enzimas que catalizan el metabolismo de otros azúcares (ej lactosa) Si hay poca glucosa, ésta produce un efecto positivo para la transcripción de los genes que codifican para las enzimas que catabolizan lactosa, por un sistema de control positivo dependiente de AMPc.

8. (i) Regulación del inicio de la transcripción en eucariotas Proteínas reguladoras de la transcripción Factores de transcripción generales o basales:…..Se unen al promotor y son necesarios para la transcrición Factores de transcripción específicos: *Proteínas activadoras Se unen a secuencias específicas de ADN y favorecen su transcripción. *Proteínas represoras Se unen a secuencias específicas de ADN e inhiben su transcripción. Secuencias reguladoras de la transcripción *Promotores Secuencias reguladoras que pueden estar localizadas a más de 50 kb del sitio de inicio de la transcripción *Enhancers o estimuladores

9. (i) Regulación del inicio de la transcripción en eucariotas Proteínas activadoras: Se unen a secuencias específicas de ADN y favorecen su transcripción. Mecanismos de acción: * Favorecer el reclutamiento del complejo de iniciación *Alterar el estado de la cromatina. Ej: Reclutar enzimas que acetilan histonas.

10. Rol de los estimuladores Transcripción basal sin estimuladores Transcripción aumentada por la unión de factores de transcripción específicos a estimuladores.

11. Formación de bucles en el ADN

12. Estructura de los activadores de la transcripción

13. Familias de dominios de unión al ADN

14. Mecanismos de acción de los activadores transcripcionales

15. (i) Regulación del inicio de la transcripción en eucariotas Proteínas represoras: Se unen a secuencias específicas de ADN e inhiben su transcripción. Mecanismos de acción: * Interferencia en la unión de activadores o factores de transcripción generales al ADN. * Competición con los activadores por unirse a secuencias específicas de regulación. * Inhibición de la transcripción interaccionando con factores de transcripción generales o activadores transcripcionales a través de dominios de inhibición. * Afectar la estructura cromatínica Ej: reclutar enzimas que desacetilan histonas (Histona desacetilasa).

16. Mecanismos de acción de los represores

17. Célula embrionaria Inducción de proteínas regulatorias y Inducción de proteínas regulatorias División Celular Célula A Célula B Inducción de proteínas regulatorias y Célula F Célula E Célula D Célula C Célula G Célula I Célula L Célula H Célula J Célula K Célula M Célula N (i) El control combinatorio durante el desarrollo embrionario permite generar muchos tipos celulares La regulación génica por combinación puede permitir a los organismos complejos desarrollarse a través de la acción de un número relativamente reducido de diferentes proteínas principales reguladoras de la transcripción.

18. 1) Regulación de la transcripción *Regulación del inicio de la transcripción por factores transcripcionales * Remodelación de la estructura cromatínica Los factores remodeladores de la cromatina facilitan la unión de los factores de transcripción al ADN alterando la organización de los nucleosomas. * Metilación del ADN: En eucariotas, la metilación de los residuos de citosina está asociada a la inhibición de la transcripción génica. * Regulación de la transcripción por ARN no codificante Moléculas de RNA de interferencia pueden reprimir la transcripción de genes homólogos mediante su asociación con un complejo proteico (RITS) que induce modificaciones en las histonas que resultan en la formación de heterocromatina. * Regulación de la elongación En algunos genes, las moléculas de RNA pol II que han comenzado a transcribirlos se detienen poco después del promotor. Estas polimerasas detenidas, reanudarán la transcripción tan pronto como reciban las señales extracelulares adecuadas.

19. (ii) Regulación del inicio de la transcripción por modelación de la estructura cromatínica. Acetilación y desacetilación de las histonas.

20. (ii) Regulación del inicio de la transcripción por modelación de la estructura cromatínica. Metilación, fosforilación, acetilación y desacetilación de las histonas.

21. (ii) Herencia epigenética de las modificaciones de las histonas

22. (ii) Factores remodeladores de la cromatina

23. (iii) Regulación del inicio de la transcripción por metilación del ADN. Mantenimiento de los patrones de metilación del ADN.

24. (iv) Control de la transcripción por ARN no codificantes

25. (v) Regulación de la elongación de la transcripción

26. Tejido 2 Tejido 1 represor Transcripto primario No splicing splicing mRNA mRNA activador Transcripto primario No splicing splicing mRNA mRNA 2) Control del procesamiento del RNA (i) Splicing alternativo: Diferentes combinaciones de exones. En el splicing alternativo participan proteínas reguladoras del splicing

27. Sitio de splicing 5 (Donor) Sitio de splicing 3 (Aceptor) 5 3 5 3 AAAAAAAA 3 DNA AAAAAAAA 3 AAAAAAAA 3 Transcripción Stop codon I Stop codon I Stop codon II dador dador aceptor Transcripto Largo Transcripto Corto AAAAAAAA 3 Stop codon II Secuencia intrónica removida Stop codon I mRNA dador mRNA Traducción Traducción Anticuerpo secretado Anticuerpo unido amembrana 2) Control del procesamiento del RNA (ii) Procesamiento diferencial del extremo 3’

28. 3) Corrección del ARN

29. 4) Control de la degradación del RNA (i)Regulación de la estabilidad de los mRNA

30. 5) Control de la traducción La traducción de algunas moléculas específicas de ARNm se puede regular a través de: (i)Modificación de factores de iniciación (ii) Unión de proteínas represoras (iii)microRNA no codificantes

31. (ii) Regulación de la traducción por unión de proteínas

32. (iii) Control de la traducción por micro RNA

33. (iii) miRNA Regulación de la traducción Degradación de mRNA Frecuente en Animales Frecuente en Plantas

34. (iii) Características de los miRNA *Los miRNA son un tipo de ARN de interferencia (ARNi) * Los miRNA son moléculas endógenas que desempeñan un rol fundamental en la regulación génica. * Se estima que los genomas humano codifican 200-500 miRNA y estarían Involucrados en la regulación de la expresión de al menos un tercio de los genes. * Se calcula que cada miRNA puede reconocer hasta 100 ARNm diferentes. * Los distintos miRNA se expresan en forma diferencial en distintos tejidos. * Los miRNA intervienen en la regulación del desarrollo embrionario temprano, el desarrollo del sistema nervioso, la musculatura, el corazón, los pulmones y el sistema inmunitario. * Se ha demostrado que la expresión anómala de estas moléculas se asocia a cardiopatías y diversos tumores.

35. 6) Control de la actividad protéica * Síntesis y degradación protéica * Unión a ligando * Fosforilación de proteínas * Adición de una segunda subunidad * Liberación del sitio activo * Estimulación de la entrada al núcleo * Liberación desde la membrana

36. Autoevaluación: • Explique qué mecanismo de la regulación genética surge con • la aparición de la envoltura nuclear. • 2) Explique cuáles son los principales mecanismos que regulan la • expresión genética que participan en la diferenciación celular • (integración con Embriología). • 3) Explique qué mecanismo de la regulación genética permite que • los anticuerpos expresados en la membrana plasmática como • receptores en los linfocitos B, sean secretados en los plasmocitos • (integración con Histología). • 4) Explique mediante qué mecanismos moleculares se produce • la inactivación de uno de los cromosomas X en la mujer (integración • con Embriología, Histología y Genética).

37. Autoevaluación: 6) Explique mediante que mecanismos de la regulación de la Expresión genética se produce la impronta genómica (integración con Embriología y Genética). 7) Ejemplifique mediante qué mecanismos se heredan los cambios epigenéticos. 8) Explique cómo la regulación de la expresión de la telomerasa influye sobre la sobrevida de las células en división y qué relación tiene este fenómeno con las células madre y las células neoplásicas.