Apuntes de Genética Molecular (Unidad IV) PDF

Universidad Politécnica Salesiana Carrera de Biotecnología Cátedra: Genética Molecular Unidad IV Regulación génica Prof. Brenda López [email protected] Repaso  Contenidos Unidad IV Regulación génic...

Universidad Politécnica Salesiana Carrera de Biotecnología Cátedra: Genética Molecular Unidad IV Regulación génica Prof. Brenda López [email protected] Repaso  Contenidos Unidad IV Regulación génica Epigenética Procesamiento postranscripcional del RNA Regulación por RNAi Modificaciones postraduccionales (PTMs)  Epigenética Rama de la biología que estudia las interacciones causales entre los genes y sus productos que dan lugar al fenotipo Conrad Hal Waddington (1905- 1975) Biólogo del desarrollo, paleontólogo, genetista, embriología y filósofo escocés  Epigenética Es la rama de la biología que estudia la interacciones entre los genes y sus productos lo cual tiene como resultado el fenotipo de un individuo. Epigenoma Es el conjunto de modificaciones epigenéticas en el DNA y en las proteínas asociadas al DNA, que son adquiridas durante el desarrollo y diferenciación celular, y que pueden ser alteradas por exposición al medio ambiente o a enfermedad  Epigenética Un trillón de células conforman el cuerpo humano Existen más de 200 tipos diferentes de células Aproximadamente 3.3x109 pares de bases por célula ¿Qué fracción del genoma humano codifica para proteínas? ¿Qué fracción del genoma humano es conservado en mamíferos? ¿Todo el contenido del genoma es leído en cada célula? ¿Como la información del genoma y sus funciones son regulados?  Epigenética La epigenética estudia el establecimiento, reconocimiento, función y eliminación de modificaciones químicas covalentes en el DNA e histonas que afectan la accesibilidad y compactación del genoma manteniendo la identidad celular. Estas modificaciones epigenéticas se distribuyen a lo largo del todo el genoma, definiendo perfiles epigenéticos característicos del tipo celular, son heredables y reversibles. La función del genoma es regulada y programada para activar elementos del genoma y los genes relevantes al tipo celular. El programa de expresión génica es establecido mediante la colaboración de factores de transcripción y mecanismos que actúan sobre el genoma “mecanismos epigenéticos”  Epigenética Una célula madre progenitora común un mismo genoma ~250 tipos celulares  Epigenética La epigenética tiene un rol clave en varios procesos celulares  Epigenética El DNA debe descompactarse para que ocurra la transcripción génica La mayoría de los genes presentes en el loop están siendo transcritos activamente Mecanismos de regulación epigenética Non-coding RNA Modificaciones postraduccionales de las histonas Metilación del DNA  Reguladores epigenéticos Proteínas que “escriben”, “borran” y “leen” las modificaciones epigenéticas  Reguladores epigenéticos Los escritores (writers) Son enzimas que agregan marcas como las acetilasas, metilasas y fosforilasas. Los borradores (erasers) son las enzimas encargadas de remover modificaciones de las histonas, modulando la expresión génica, entre ellas tenemos a las deacetilasas, desmetilasas y fosfatasas. Los lectores (readers) son las proteínas con dominios específicos que reconocen aminoácidos modificados en las proteínas histonas. Así como también que son capaces de leer las modificaciones en los residuos de citosina del DNA. Reguladores epigenéticos  Modificadores epigenéticos La metilación del ADN y las modificaciones postraduccionales de histonas juegan un papel importante en el establecimiento de la estructura de la cromatina y en consecuencia en la modulación de la expresión génica. Estos mecanismos epigenéticos pueden ser independientes o pueden ocurrir juntos para controlar la expresión génica. También pueden influir entre sí, por ejemplo, la metilación de histonas puede ayudar a dirigir los patrones de metilación del ADN, y la metilación del ADN podría servir como molde para algunas modificaciones de histonas después de la replicación del ADN.  Modificadores epigenéticos Marcas en las histonas Las colas de las histonas sufren modificaciones postraduccionales como: Acetilación, metilación, fosforilación, ubiquitinación y sumolacion.  Modificadores epigenéticos Modificaciones en las histonas Las colas de las histonas H3 y H4 tienen un mayor número de sitios que pueden ser modificados, incluyen las metilaciones y acetilaciones de las lisinas (K), y metilación en argininas (R). La cola de la histona H3 está sujeta a metilaciones represivas en las lisinas K9 y K27, y metilaciones de activación en K4, K36 y K79. Modificaciones de las histonas  Modificadores epigenéticos Modificaciones en el DNA Metilación del ADN, es decir la agregación de grupos metilo lo cual afecta la interacción entre el DNA y proteínas  Modificadores epigenéticos Modificaciones en el DNA La metilación del ADN ocurre predominantemente en citosinas localizadas cerca de guaninas, conocidas como dinucleótidos CpG (CpG) o isla CpG. Estas islas CpG se encuentran en la región promotora de genes. El grupo metilo inhibe la unión de los factores de transcripción a su sitio de reconocimiento, dando como resultado la inhibición de la transcripción génica. Además, el grupo metilo puede atraer otras proteínas conocidas como represores transcripcionales que contribuyen a la inhibición de la transcripción génica.  Modificadores epigenéticos Modificaciones en el DNA Modificaciones de DNA no son exclusivas de los eucariotas  Modificadores epigenéticos Modificaciones en el DNA En vertebrados 3-6% del DNA es metilado en citocinas 70-80% de las metilaciones en el carbono 5 de la citosina. Y en dinucleótidos CpG En humanos hay aproximadamente 28 millones de sitios CpG y 30,000 islas CpG (CGIs) Alrededor de 9,000 CGIs son metiladas durante las etas de desarrollo y diferenciación Los patrones de metilación determinados durante la embriogénesis son modificados durante la diferenciación Durante la división celular los patrones de metilación son heredado Las marcas reversibles son blancos terapéuticos  Metilación del DNA Las marcas de metilación del ADN representan una barrera epigenética en el desarrollo de los mamíferos. Después de la fertilización, cuando las marcas de metilación del ADN de los gametos parentales se borran en dos oleadas de desmetilación. En la primera ola, el pronúcleo paterno (que se muestra en azul) sufre una rápida desmetilación en el cigoto, seguida de una pérdida pasiva de las marcas de metilación del ADN en el genoma materno (que se muestra en rojo) durante las subsiguientes divisiones celulares. El restablecimiento de las marcas de metilación del ADN comienza en el ICM del embrión en desarrollo, que forma una barrera epigenética (línea discontinua) en el epiblasto más restringido desde el punto de vista del desarrollo. Metilación del DNA  Epigenética y la salud Hambruna Holandesa de Invierno, entre 1944 y 1945, alrededor de 20.000 personas murieron de hambre y unos 4,5 millones más fueron drásticamente víctimas de la desnutrición. Entre ellas se encontraban cientos de mujeres embarazadas que se vieron obligados a sobrevivir con menos de 900 calorías por día. Se ha señalado que las personas que nacieron después de la Hambruna Holandesa de Invierno han sufrido de un aumento en los casos de obesidad, diabetes tipo 2, esquizofrenia y otros problemas de salud crónicos. Siendo el resultado de cambios epigenéticos que se desencadenaron por las intensas dificultades que experimentaron mientras todavía estaban en el útero  Epigenética y la salud Cuando una mujer embarazada se ve expuesta a un agente ambiental, la exposición se extiende no solo a sí misma (F0) y a su hijo aún no nacido (F1) sino también a las células germinales que se están desarrollando dentro del feto (F2). Los estudios realizados en animales han demostrado la presencia de efectos químicos que se extienden a una generación más allá: a la generación F3, la primera que no se ve directamente expuesta al agente original. Los estudios que se han realizado hasta la fecha en seres humanos han demostrado la presencia de efectos sólo hasta la generación F2.  Epigenética y gemelos Los hermanos gemelos lo comparten todo: el peso, la altura, la cara, los gestos, etc. Los gemelos que nacen idénticos comparten algo más que la cara y los gestos, comparten todo su material genético, lo que significa que hay veces que se hace muy difícil distinguirlos físicamente. En cambio, con respecto al desarrollo de enfermedades, el asunto empieza a variar ya que es posible que un gemelo tenga una enfermedad y mientras que el otro no. La explicación de esto se encuentra en las variaciones epigenéticas del ADN de los hermanos gemelos.  Taller 1.¿Qué es el epigenoma? ¿Cuál es la diferencia entre el genoma y el epigenoma? 2.De ejemplo de algunas marcas epigenéticas y diga como alteran la expresión génica 3.¿Cómo el epigenoma puede impactar el desarrollo? 4.¿Por qué los gemelos idénticos no se ven o actúan igual siempre? 5.¿Tu epigenoma puede modificarse? ¿Cómo?