Tema 7. Regulación de la expresión génica PDF

Tema 7. Regulación de la expresión génica ¿Qué vamos a ver? - Características generales y conceptos básicos - Elementos reguladores del DNA - Proteínas reguladoras - Regulación de la expresión génica en eucariotas y procariotas Regulación génica. Conceptos básicos La regulación génica son t...

Tema 7. Regulación de la expresión génica ¿Qué vamos a ver? - Características generales y conceptos básicos - Elementos reguladores del DNA - Proteínas reguladoras - Regulación de la expresión génica en eucariotas y procariotas Regulación génica. Conceptos básicos La regulación génica son todos los mecanismos que controlan la biosíntesis de proteínas Maduración proteica! Proteína Regulación génica. Conceptos básicos La regulación de la expresión génica es un proceso extremadamente complejo El genoma humano tiene unos 25.000 genes codificantes. De promedio solo hay entre 2.000 a 4.000 genes (un 10-20%) que se expresan en cada tipo celular El resto están silenciados (inactivos) la mayor parte del tiempo, y solo se activan en condiciones muy determinadas Gran esfuerzo por controlar qué genes se expresan y qué genes que no Para lograrlo, unos 4.400 genes (22%) están relacionados con la regulación de la expresión génica Regulación génica. Conceptos básicos La regulación de la expresión génica es la responsable del perfil de proteínas (el tipo y abundancia) presentes en un determinado momento en una célula. Esto va a condicionar: - La interacción/adaptación/respuesta de la célula a las condiciones cambiantes de su entorno (común en eucariotas y procariotas) - La diferenciación celular (especialización celular) en organismos pluricelulares (particular de eucariotas) Regulación génica. Conceptos básicos Podemos encontrar hasta 5 niveles de regulación génica para controlar la cantidad de proteínas en la célula Regulación pre-transcripcional Regulación transcripcional Regulación postranscripcional Regulación traduccional Maduración proteica! Proteína Regulación postraduccional Regulación pre-transcripcional Determinada por la accesibilidad de la ARN polimerasa al ADN Dos factores principales: El grado de condensación del DNA va a determinar como de accesible son los genes para la maquinaria transcriptora • En eucariotas, a mayor grado de condensación peor es el acceso de la RNApol al DNA Alteraciones químicas del DNA: fundamentalmente metilaciones de nucleótidos y acetilaciones proteínas de unión al DNA(histonas) • Metilaciones del DNA pueden dificultar la unión de la RNApol al DNA • Acetilación de histonas disminuye la compactación y favorece la transcripción Regulación génica Podemos encontrar hasta 5 niveles de regulación génica para controlar la cantidad de proteínas en la célula Regulación pre-transcripcional Regulación transcripcional Regulación postranscripcional Regulación traduccional Maduración proteica! Proteína Regulación postraduccional Regulación transcripcional Determinada por la propia actividad de maquinaria transcriptora. Es el principal mecanismo de regulación génica para la mayoría de genes Elementos que están involucrados en la regulación transcripcional - - - Factores ambientales (por medio de efectores o inductores) - Estado nutricional - Estado fisiológico o de desarrollo - Estrés biótico o abiótico Elementos del DNA (elementos cis) - Promotores - Secuencias reguladoras Proteínas (elementos trans) del tipo factores de transcripción - Pueden ser activadoras o inhibidoras de la expresión génica Regulación transcripcional Promueven su aparición Factores ambientales Inductores (p.ej. glucosa) Afectan a la actividad de los Factores de transcrpción (FT) Elementos trans (FT) Elementos cis (promotores y secuencias reguladoras) Actividad transcriptora de un gen Regulación transcripcional. Elementos del DNA (cis) En procariotas lo genes se agrupan en operones bajo los mismos elementos reguladores Ejemplo: operón de la lactosa Elementos reguladores en el DNA: - Promotor (lacP) - Operador (lacO): secuencia que se encuentra después del promotor y que es reconocida por el gen regulador del operón - Sitio CAP: secuencia que se encuentra antes del promotor y es reconocida por una proteína reguladora que no es parte del operón Regulación transcripcional. Elementos del DNA (cis) Ejemplo: operón de la lactosa Sin lactosa en el medio Con lactosa en el medio Regulación transcripcional. Elementos del DNA (cis) En eucariotas podemos encontrar diferentes elementos reguladores en el DNA - Elementos proximales: promotor - Elementos distales: potenciadores (enhancer), represores Regulación transcripcional. Proteínas reguladoras (trans) Son proteínas que reconocen e interaccionan con los elementos cis (tienen la capacidad de unirse al ADN) y facilitan y regulan la actividad transcriptora de un gen. Ejemplos: factor σ (en procariotas), factores de transcripción (en eucariotas) Diferentes tipos pero con una estructura en común: dominios alfa-hélices y ricos en aminoácidos de carga positiva capaces de interaccionar con el surco mayor de la doble hélice del ADN Estructuras tipicas de unión al DNA: - Hélice-giro-hélice - Hélice-bucle-hélice - Dedos de zinc - Cremalleras de leucina Hélice-giro-hélice Hélice-bucle-hélice Suelen tener motivos en alfa-hélice que cuyos aminoácidos interaccionan con las bases del DNA en el surco mayor Dedos de Zinc Cremallera de leucina Regulación génica Podemos encontrar hasta 5 niveles de regulación génica para controlar la cantidad de proteínas en la célula Regulación pre-transcripcional Regulación transcripcional Regulación postranscripcional Regulación traduccional Maduración proteica! Proteína Regulación postraduccional Regulación postranscripcional Control existente entre la síntesis de mRNA y su traducción a proteína por los ribosomas. Muy importante en eucariotas por la maduración del mRNA Regulación postranscripcional Regulación postranscripcional mediante: dela cola Salagar muchas proteínas polit > Sepende N Pa lugar por 1. Control de la vida media del RNA (estabilidad del RNA) Puede durar mucho poco a a o 2. Ayuste alternativo (o splicing alternativo) 3. Silenciamiento génico de mRNA (microRNAs) (Lectura) Ayuste alternativo (o splicing alternativo) Regulación génica Podemos encontrar hasta 5 niveles de regulación génica para controlar la cantidad de proteínas en la célula Regulación pre-transcripcional Regulación transcripcional Regulación postranscripcional Regulación traduccional Maduración proteica! Proteína Regulación postraduccional Regulación traduccional Determina como de eficaz es el proceso de la traducción. Por lo que puede haber puntos de control en cada uno de las etapas de la traducción - Regulación del la velocidad/frecuencia del inicio de la traducción - Regulación de la velocidad de elongación de la traducción - Regulación de la eficacia de terminación de la traducción Regulación génica Podemos encontrar hasta 5 niveles de regulación génica para controlar la cantidad de proteínas en la célula Regulación pre-transcripcional Regulación transcripcional Regulación postranscripcional Regulación traduccional Maduración proteica! Proteína Regulación postraduccional Regulación postraduccional Está determinada por las modificaciones que sufren los polipéptidos (proteínas) desde que son sintetizados hasta que son activos (capaces de llevar a cabo su función) Los principales mecanismos consisten en: 1. Plegamiento correcto del polipéptido. Los polipéptidos deben adoptar estructuras tridimensionales adecuadas hasta alcanzar su conformación biológica activa (estructuras terciaria y cuaternaria) 2. Procesamiento o maduración del polipéptido. • 2.1 Modificaciones químicas de los aminoácidos. Aspecto esencial de la modificación post-traduccional. Muchas de ellas son reversibles Añadir el grupo fosfato solo cuando se necesita la proteina • 2.2 Eliminación proteolítica de fragmentos del polipéptido. Eliminación de péptidos señal y otros fragmentos polipeptídicos para la formación de la proteína madura 5. Proteínas alostéricas (unión a ligandos). Reversible 6. Interacciones proteína-proteína. Homodímeros y heterodímeros 7. Tráfico de proteínas entre el citosol y los orgánulos (Translocación). Tráfico de las proteínas hacia diferentes localizaciones, subcelulares o extracelulares, para el ejercicio de su función. Péptidos señal 8. Control de su degradación hasta aminoácidos (recambio o turnover proteico) Bibliografía