Regulación de la expresión génica PDF

Tema 10 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA Del ADN a las proteínas Internal use  Detapas tempranas (= de la Transcripción) son las más I...

Tema 10 REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA Del ADN a las proteínas Internal use  Detapas tempranas (= de la Transcripción) son las más I etapa más importante ! importantes para que la clula no demaciada E/ATP · Siete procesos afectan a la concentración estacionaria de una proteína 7 puntos claves ! => permite que s anade unoest Cada proceso tiene diversos = traducción D puntos de regulación = por proteasoma Regulación del inicio de la transcripción => intervienen en el transporte de la proteina Internal use  Principios de regulación génica  Expresión génica constitutiva → Expresión constante de un gen. Su producto se requiere de forma continua. Genes constitutivos: rutas metabólicas centrales, Igs… > Con SIEMPRE necesarios ! = si inactivos , la célula va mal !  Expresión génica regulada → Su producto se requiere en determinadas circunstancias. algunos = en casos ! Los niveles celulares del producto génico aumentan y disminuyen (o no se expresan) en respuesta a señales moleculares Genes inducibles → [producto génico] aumenta bajo determinadas circunstancias moleculares. Inducción 2 Genes reprimibles → [producto génico] disminuye en respuesta a una señal molecular. Represión [ Internal use  Interacción ARN polimerasa-promotor modifican  Variaciones en la secuencia de nucleótidos de los promotores → Afinidad de la unión de las ARN polimerasas → Frecuencia del inicio de la transcripción influye Mutaciones que los diferencian de la secuencia consenso → ↓ función del 7 promotor Mutaciones que les provoca parecido a la secuencia consenso → ↑ función del a promotor La tasa basal de inicio de la transcripción esta determinada por la secuencia del promotor tiene→ influencia en gran Genes constitutivos y genes no constitutivos Internal use Interacción ARN polimerasa-promotor Al menos 3 tipos de proteínas regulan el inicio de la transcripción  Factores de especificidad de ARN pol para promotor => Modifican la especificidad de la ARN polimerasa por un promotor  Represores ARN pol No =. al se une promotor Impiden el acceso de la ARN polimerasa al promotor  Activadores ayudan => ARN pol al promotor unión. Potencian la interacción ARN polimerasa-promotor Internal use  Factores de especificidad  Subunidad σ de la ARN polimerasa de E. coli > ~ sigma – La mayoría de los promotores son reconocidos por σ70 Promotores reconocidos por el holoenzima que contiene σ70 – Estrés por calor → σ32 Promotores que regulan la expresión de los genes del choque térmico V  Factores de transcripción de eucariotas → ej. proteína de unión a TATA se considera factor de especificidad Ya TATA Caja Internal use  Represores = inhiben la transcripción  Unión a sitios específicos de ADN → Operadores específicos para cada represor =>  Regulación negativa → bloquea la unión de la ARN polimerasa o su movimiento a lo largo del ADN DLa unión represor – operador se regula por una señal molecular → efector Represor h La interacción represor-efector puede:  aumentar la transcripción el efector o = la unión del efector permite molécula que el represor no se una más Señal : al TRANSCRIPCIÓN operador -  disminuir la transcripción más unido al = el efector No es une al represor y este se operador TRANSCRIPCIÓN ! > Hay - Internal use  Activadores => favorecen la transcripción !  Regulación positiva → potencian la actividad de la ARN polimerasa  Sitios de unión adyacentes a promotores → Potenciadores → Lejos del promotor sitios DEucariotas llamados  El activador se une en  El activador se une en ausencia de la señal presencia de la señal molecular disminuye la transcripción aumenta la transcripción = Internal use  = Ercular Regulación de la expresión génica en PROCARIOTAS ~ en citocol N en citosol Internal use  el mismo promotor bajo Operón de se transcriben de una única vez , = grupo genes que =s secuencia que de diferentes genes  Mecanismo para coordinar la regulación de genes cuyos productos están relacionados → se transcriben juntos tienen el mismo promotor y las mismas , Secuencias consenso D Promotor único que inicia la transcripción del grupo de genes transcribir a => CPR Secuencias reguladoras Grupo de genes => policitrónico ! Internal use  Operón lac Publicado en 1960 en Comptes rendus de la Academia Francesa de Ciencias. 1920-2013  Metabolismo de la lactosa en E. coli -glucosa galactose +  3 genes adyacentes regulados de forma coordinada el  Gen de la β-galactosidasa disacando lactosa que enzima rompe = Z de  GenY de la galactósido permeasa membrana = en  Gen de la lactósido transcetilasa A = modifica los galachósidos tóxicos Internal use para facilitar su eliminación !  Operón lac = Modifica los galactósidos tóxicos para facilitar su eliminación A gen Gen de la lactósido transcetilasa sera aquena Or Operador : que ees se el represor las ~ =_ M Y Represor lac gen gen z Gen de la gen I Gen de la galactósido Codifica para β-galactosidasa permeasa el represor lac = rompe disacando de lactosa = en la membrana => permite la entrada de lactosa en la clula Promotor del gen I Promotor del operón lac Internal use  Operador secundario dentro del gen Z - = - Operador Operador al que secundario se une más dentro del fuertemente el gen I represor lac  Para inhibir el operón, el represor Os lac se une tanto al operador principal L como a uno de los operadores O2 secundarios → formación de lazo 020 O2 e 030 Os DLa represión no es absoluta !! = hay una pequeña transcripción Internal use  Operón lac  Incluso en estado reprimido, las células tienen unas pocas moléculas de β-galactosidasa y galactósido permeasa → esto es esencial para regulación del operón. !! ! molecula que regula = efector provoca  Molécula inductora (alolactosa) →que se une al represor lac → V es la = cambio conformacional → hay disociación del operador → expresión de los genes del operón lac → ↑ 103 [β-galactosidasa] Isopropiltiogalactósido (IPTG) Es un β-galactósido. Tb es inductor del - operón lac pero no es sustrato de la β- B galactosidasa Cambio conformacional en el represor lac provocado por el inductor IPTG 14 Internal use Operón lac Internal use  Además de lactosa, ¿qué otros factores regulan Operón lac?  Represión por catabolito → Impide la expresión de los genes para el catabolismo de lactosa en presencia de glucosa ↓ AMPc capaz de unirse  CRP → proteína receptora de AMPc protonora L =>  Homodímero  Sitios de unión para el ADN  Sitios de unión para el AMPc  Regulación positiva No glucosa → CRP-AMPc se une cerca 7 del promotor lac → ↑ transcripción entonces = cuando no hay glucosa, Amp, AMP , une a CPR que se se activa y se une al Ap Interacción con la ARN polimerasa 16 Internal use  Operón lac  Regulación negativa → por represor lac 4 necesitamos los 2 para que  Regulación positiva par → CRP-AMPc la transcripción sea máxima !  Efecto conjunto sobre la transcripción: unido al L CRP-AMPctienepoco efecto si represor lac-operador Disociación del represorA poco efecto si no CRP-AMPc A tiene hay  El promotor lac es relativamente débil → diferencias me en secuencia con secuencias consenso → ARN pol interacción débil transcripción baja =  Necesaria CRP-AMPc → CRP interacciona con subunidad α de ARN polimerasa. Internal use  Operón lac  Efecto combinado de la glucosa y la lactosa Sin glucosa + un lactora : Sin glucosa + on lactora : AMPC Se une a CRP ~ => mayor expresión del operón las el como hay lactosa ! represor no hay No hay más el represor ! , Con glucosa + un lactora : Con glucosa + on lactosa : D Sin activador (CRP-AMPc) el V promotor lac se No hay transcribe CPR ! como hay el débilmente ! represor no hay , lactosa ! => poca transcripción Una fuerte inducción del operón lac requiere:  ↑[lactosa] → inactiva al represor lac mejor a  ↓[glucosa] → ↑[AMPc] → CRP-AMPc 18 Internal use Operón lac R se une a su sitio = s Sin glucosa R + on lactosa R T = con glucosa R on lactosa y R 7 Internal use - > con glu+ sin lactosa ⑭po ddy ranscripción / (2) +(1) Opin O de unión Promotor Operador CRP aron ondese · · Allactosa leclosa ↓ f transcripción con glu + on · Apol Operon. 11/l(E/y(a) Promotor Operador de unión garon & CRP ⑧ ⑧ beba an gle + con TIz1x(a) &M transcripción AMPc · ⑪ Sitio. Promotor Operador Activador crp garon  Regulación de la expresión génica en en núcleo EUCARIOTAS en núcleo en citosol Internal use  ESCENARIO When a Gene Turned Off Is a Matter of Life or Death: Epigenetic Influences on Gene Regulation  By Tracie M. Addy  Yale University, New Haven, CT Jordan Internal use  ESCENARIO INTRODUCCIÓN Jordan comenzó a sentirse mal varios días: náuseas y vómitos. Al principio pensó en un virus estomacal, pero empeoró: problemas de visión, cansancio. "No me encuentro bien. Me duele la cabeza y no veo bien". DIAGNÓSTICO Análisis de sangre para la función hepática y una Tomografía Computerizada. Análisis de sangre negativos. TC no concluyente. Solicitan Resonancia Magnética, mucho más sensible: Lóbulo occipital V Interviene en la visión Fosa craneal media Internal use ESCENARIO Surco central Lóbulo parietal Área de asociación visual Lóbulo frontal ÁREA VISUAL PRIMARIA Surco lateral Lóbulo occipital Lóbulo temporal (Extraído de: Tortora·Derrickson “Principios de anatomía y fisiología” 11ª Ed.) 23 Internal use  ESCENARIO Biopsia del tejido, para determinar si era maligno: resultados compatibles con un glioblastoma multiforme en fase IV, un cáncer de cerebro muy agresivo. Los glioblastomas son cánceres que afectan a los astrocitos, un tipo de soporte celular del tejido nervioso. Técnica: Inmunohistoquímica con tinción de la proteína glial fibrilar ácida, específica del citoesqueleto de astrocitos (filamentos intermedios). Internal use  sal puntos Regulación en eucariotas V ADN circular  Diferencias con procariotas L 1. Estructura de la cromatina Du bacteriano  7 Restringe el acceso a los promotores es casi desnudo !  2 El inicio de la transcripción requiere cambios en la estructura de la cromatina en la región transcrita = para poder encontrar los promotores a = transcripción que no utiliza factores de regulación 2. Debido a que el estado transcripcional basal es V restrictivo predominan los mecanismos de regulación positiva eucanotas => en mayoria genes expresan ! , no se 3. Proteínas reguladoras multiméricas más grandes y complejas 4. La transcripción es en el núcleo: separada de la traducción = transcriptonenmido] ECAMIS. Internal use  Efectos de la cromatina  Heterocromatina muy condensadas = zonas transcripcionalmente inactiva D  Eucromatina = condensadas zonas menos Una parte es transcripcionalmente ~ activa A necenta factores para ayudara ! ↑ accesible "No muy accesible DHay zonas más accesibles que otras Internal use  Efectos de la cromatina Hay  Diferentes patrones de modificación covalente de las histonas de la cromatina :_ activa y de la heterocromatina -  2 dominios en las histonas internas (H2A, H2B, H3 yH4) L – Dominio central Interacciones histona-histona Enrollamiento del ADN alrededor nucleosoma - – Dominio amino terminal, rico en Lys En el exterior del nucleosoma sufre Modificaciones covalentes: acetilación, fosforilación, metilación, ubiquitinación. Debe de existir un código de histonas → Las modificaciones son reconocidas por enzimas que hacen que la cromatina sea más accesible a la transcripción. También tiene relación con reparación del ADN. Internal use  Remodelación de la cromatina ~  Son los cambios estructurales en la cromatina asociados a la transcripción. 1. Acetilación y desacetilación de las histonas internas del nucleosoma envolucradas – Histonas acetiltransferasas (HAT) => en , transcripcion acctitan Lys específicas en los dominios amino-terminales > Reducen la afinidad del nucleosoma por el ADN S se realiza donde Cromatina activada para transcripción 7 – Histonas desacetilasas (HDAC) = inactiva la transcripción Silenciamiento de genes 7 cuando ya no con necesarios Internal use  Remodelación de la cromatina Acomplejos proticos están constituidos por M proteínas = unidas entreci en un complejo multienzimatico 2. Complejos proteicos que desplazan a los nucleosomas, con hidrólisis de ATP, para facilitar transcripción. El complejo enzimático SWI/SNF crea sitios libres de histonas en la cromatina y estimulan la unión de factores de · transcripción Blo haven gracias la hidrólisis de ATP a Internal use Internal use  Epigenética  Estudia todos los factores bioquímicos que modulan la expresión genética sin alterar la secuencia de nucleótidos del ADN  Estado epigenético: Afactores ambientales pueden alterar ~ Condición heredada que expresión génica no depende de secuencia ANO depende no de emores en genes , sino de factores que impidentranscripcion  Principales marcas epigenéticas  7 Modificación de las histonas: Algunas moléculas se unen a las histonas y alteran el enrollamiento del ADN, lo que facilita o dificulta la expresión de los genes.  > Metilación del ADN: acción sobre una secuencia de ADN que activa o desactiva ciertos genes. Internal use Epigenética Aheredado de padres a hijos genoma identico pero = metilación de algunas zonas puede no selo  Metilación de ADN en  Islas CpG: Zonas ricas en secuencias CG suden = ser en zona BRE !  Cercanas a los promotores V  Su metilación provoca silenciamiento de genes ~  Muy importante en diferenciación celular v Internal use  Epigenética  Metilación de ADN Promotor de la ARN polimerasa II Internal use  Regulación POSITIVA  Transcripción basal in vivo: actividad inherente de los promotores y del mecanismo transcripcional en ausencia de mecanismos de regulación  Bacterias → Estado transcripcional basal no restrictivo - - La ARN polimerasa puede unirse a los promotores en ausencia de activadores o represores  Eucariotas → Estado transcripcional basal restrictivo Generalmente, los promotores se encuentran inactivos en ausencia de proteínas de regulación Internal use  Predominio de la Regulación positiva  El inicio de la transcripción depende de la acción de proteínas activadoras. Razones: a) Empaquetamiento del ADN en la cromatina → promotores hace inaccesibles b) Gran tamaño de los genomas eucariotas  Aumenta la probabilidad de que una secuencia de unión específica se encuentre en un sitio inapropiado  Diversas proteínas reguladoras positivas se unen al ADN y forman un complejo para ser activas c) Más eficiente que la regulación negativa  la célula debería sintetizar en todo momento un nº de represores igual que de genes y en cantidad adecuada Internal use  Transactivadores y Coactivadores  Promotores de la ARN polimerasa II D Potenciador → Secuencias reguladoras. Pueden estar miles de pb (5’) del sitio de inicio o dentro del propio gen (3’)  La unión de la ARN polimerasa II al promotor precisa: 1. Factores de transcripción basal 2. Transactivadores de unión al ADN Se unen a los potenciadores y facilitan la transcripción 3. Coactivadores Comunicación entre los transactivadores y el complejo Pol II- Factores de transcripción Internal use  Activación en un promotor de PolII típico 1. Remodelación de la cromatina (se prepara para transcripción) 2. Ensamblaje del complejo de preinicio 3. Los mediadores se unen al CTD y lo conectan con los transactivadores ~ proteinas Los transactivadores (proteínas) se unen a los potenciadores (zonas del Video ADN) y colaboran en el desplazamiento 37 de los nucleosomas Internal use Activación en un promotor de PolII típico Internal use  Represores D Algunas proteínas reguladoras pueden actuar como represores Receptores hormonas esteroideas o Si hay hormona → R activador o No hormona → R represor Posibles puntos de interacción del represor, ej. histonas desacetilasa Internal use  ESCENARIO Los glioblastomas a menudo se extienden rápidamente a otras partes del cerebro y son difíciles de eliminar completamente por cirugía. Los médicos determinaron que iban a realizar la cirugía y tratar de extirpar el tumor. Se trataba de una operación complicada, ya que estaba asociada a las áreas del cerebro que controlan la visión. Los cirujanos fueron capaces de eliminar algunas de las células cancerosas, pero no todas: al parecer, algunas se habían propagado. El oncólogo indicó que Jordan tendría que someterse a quimioterapia adyuvante, así como a radioterapia. Se le administraría el medicamento temozolomida. Internal use  ESCENARIO  QUIMIOTERAPIA  La temozolomida actúa sobre las células que se dividen activamente; es un agente alquilante (metilación del ADN → O - metilguanina), cuyo mecanismo de acción consiste en inhibir la replicación del DNA.  La temozolomida funciona en algunos pacientes con glioblastoma, pero no en todos. Internal use  La inhibición por metilación del gen MGMT hace que éste no se exprese, no se produce la enzima reparadora de las lesiones producidas por la temozolomida, y las células tumorales dañadas por acción del fármaco no pueden ser reparadas, conduciendo a apoptosis. La temozolomida funciona en la mayoría pero no en todos los pacientes con glioblastoma. Determinados marcadores epigenéticos del individuo en un gen particular, MGMT (O-6-metiltransferasa-ADN metiltransferasa), que interviene en reparación del ADN, están asociados con la eficacia de la temozolomida. Figura 1. Probabilidad de supervivencia frente a la duración del tratamiento. Internal use Células cancerosas:  Alteración de la expresión génica V  HAT y HDAC  Factores transcripción  Coactivadores  Telomerasa => y tumorales son inmortales Internal use