Med Clase 9 Bio-130 Nucleo, Cromatina y Regulacion de La Expresion Genica 2015
108981242 8 Regulacion de La Expresion Genica en Eucariotas
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Transcripcin
Diferencias eucariotas - procariotas
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Diferencias eucariotas - procariotas
Caracterstica Procariota Eucariota
Promotor Cajas y zona operadora Solo cajas
Cistrn Policistrones Monocistrones
RNA
polimerasauna sola, con 5 subunidades
distintas 3 ARN polimerasas.
EstabilizacinEl ARN recin transcrito, no
tiene.
Contiene, al comienzo de la cadena, 7-metil-
guanosina o CAP, y al final de la cadena, una
secuencia poli A.
Comienzo ARN pol, se autoacopla alpromotor
ARN pol, necesita la presencia de protenas deiniciacin, que se unan antes que ella al ADN.
Intrones No tiene Tiene y se eliminan mediante splicing (corte yempalme).
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ARN polimerasa en eucariotas
El ncleo de las clulas eucariotas posee 3 ARN polimerasas:
RNA polimerasa I se encuentra en el nuclolo (transcribe
genes que codifican para RNA ribosmicos.
RNA polimerasa II y III se localizan en el nucleoplasma.
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RNA
Polimerasa
Localizacin Producto Sensibilidad a
-amanitina
RNA Pol I Nuclolo rRNAs 28S,
18S, 5.8S
insensible
RNA Pol II Nucleoplasma mRNAs,
miRNAs
snRNA
Muy sensible
RNA Pol III Nucleoplasma tRNAs, rRNA5S, algunos
snRNAs
Sensibilidadintermedia
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Comparacin de las estructuras tridimensionales de
las RNA polimerasas eucariotas y bacterianas
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Comparacin esquemtica de la estructura de las
RNA polimerasas eucariotas y bacterianas
El extremo carboxilo
terminal de la subunidadms grande de la RNA pol II
(RPB1) contiene un
segmento repetido de 7
aminocidos (CTD).
La fosforilacin de CTD es
importante para latranscripcin y el
procesamiento del ARN.
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Promotores reconocidos por la RNA polimerasa II
Promotor mnimoRegin comprendida a ambos lados del sitio de inicio de la
transcripcin. Se une el aparato de transcripcin basal. Caja
TATA (-25-30) (TATAAA); inicio de la transcripcin
(YYYAN(T/A)YY). Determina una transcripcin basal
BRE: Elemento Reconocedor de TFIIB
DCE: Elementos del Promotor Mnimo ubicados Corriente Abajo
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Promotores reconocidos por la RNA polimerasa II
Promotor reguladorRegin comprendida corriente arriba al promotor mnimo (-
200 pb o ms lejos). A estas secuencias se unen factores detranscripcin especficos que determinan una transcripcin
eficiente y regulada del gen. La localizacin y organizacin de
estos mdulos es variable.
Caja CG: Factor de transcripcin Sp1.
Caja CCAATT: CTF
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Promotores reconocidos por la RNA polimerasa II
CpG island
approx. -100 to -1
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Promotor reconocido por la RNA polimerasa I
Los promotores de los genes transcriptos por RNA pol I no
estn tan bien conservados en su secuencia entre diferentes
especies. Pero su arquitectura general s est bien
conservada.
Consiste en dos elementos: un elemento central que
contiene al sitio de inicio de la transcripcin.
Un elemento corrientearriba (UPE), aproximadamente -100 pb ms alejado. La
distancia entre estos dos elementos es importante para el
reconocimiento por los factores de transcripcin.
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Promotores reconocidos por la RNA polimerasa IIIExisten tres clases de promotores diferentes en los genes transcriptos por
RNA pol III. Dos de stos se encuentran en el interior de la secuencia
transcripta.
Genes con promotores internos:
El promotor del gen del rRNA 5S contiene tres regiones: Caja A; un
elemento intermedio corto; una Caja C.
Los promotores de los genes de los tRNAs poseen dos partes: Caja A y
Caja B.
Genes con promotores localizados corriente arriba:
El promotor del gen que codifica a snRNA U6 es similar a los promotores
reconocidos por la RNA pol II. Tienen secuencia TATA y una secuencia de
unin a el factor SNAP.
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Secuencias Activadoras y represoras de la
Transcripcin que no forman parte del promotor
El primer enhancer fue descubierto en la regin 5del gen de expresin
temprana del virus SV40
Las secuencias estimuladoras o enhancers son secuencias que se
encuentran distantes del promotor e incrementan la transcripcin de los
genes a los que se encuentran asociados.
Pueden localizarse a 5 o 3 del gen, o incluso dentro del mismo.
Su efecto no depende de su orientacin.
Tienen una estructura modular, con diferentes secuencias cortas de ADN.Regulan la expresin gnica especifica tisular y temporal.
Actan a distancia mediante la unin de factores de transcripcin
especficos.
Algunos pueden actuar como represores cuando son reconocidas por
protenas represoras.
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Las tres RNA polimerasas eucariotas necesitan de
otras protenas para iniciar la transcripcin
Factores de transcripcin basales o generales: se unen al promotor
mnimo para iniciar la transcripcin.
Se requieren 6 TFII para que la RNA polimerasa II inicie la transcripcin.
Al menos in vitro, se unen en un orden especfico para formar el complejo
de preiniciacin
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TFIIA
No es tan importante, al menos para la transcripcin
in vitro.
Quizs ayude a la unin de otros factores al
complejo de iniciacin.
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TFIID
TFIID se compone de TBP (protena de unin a caja TATA )
Reconoce al promotor
Recluta a TFIIB
Adems est formado por otros 13 polipptidos denominados TAF (Factores Asociados a TBP)
TBP es un Factor de Transcripcin universal ya que tambin es requerida para la transcripcin de
genes transcriptos por las otras RNA polimerasas.
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La unin de TBP al ADN induce unacurvatura en el mismo
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TFIID puede reconocer promotores queno tienen caja TATA
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TFIIB
TFIIB acta como puente entre la RNA polimerasa II y TBP.
Ayuda a que la RNA pol II seleccione el sitio de inicio de la transcripcin
Recluta al complejo TFIIF-PoI II.
Bajo ciertas condiciones (presencia de BRE en el promotor), la RNA pol IIjunto a TFIID y TFIIB pueden formar un complejo de iniciacin mnimo.Para la mayora de los promotores, sin embargo, se necesitan de TFIIE,
TFIIF y TFIIH.
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TFIIF
Recluta a RNA polimerasa II
Posiciona a la RNA Polimerasa II sobre el sitio de inicio de latranscripcin
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TFIIE
TFIIE es un heterotetrmero
(a2b2)
Crea un sitio de anclaje para el
prximo Factor deTranscripcin (TFIIH).
-Modula la actividad enzimtica
de TFIIH.
Favorece la apertura delpromotor.
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TFIIH
TFIIH es una protena multimrica compuesta de 9 subunidades, algunas
de ellas con distintas actividades enzimticas.
Posee actividad helicasa, que desenrrolla el duplex de ADN en el sitio de
inicio permitiendo que la RNA polimerasa II interaccione con la hebra
molde.
Posee actividad de quinasa, fosforilando al CTD de la RNA Pol II al inicio
de la enlongacin.
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La fosforilacin de la RNA polimerasa II en CTDpermite que escape del promotor.
Los factores de Transcripcin Generales sonliberados.
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Inicio de la Transcripcin (Complejo de Preiniciacin)
en genes cuyos promotores no poseen Cajas TATA
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Unin de la RNA polimerasa III apromotores Internos
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El Complejo Mediador y la RNA polimerasa II
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La RNA polimerasa II no aade
nucletidos de manera eficaz por si
sola. Para que esto ocurra se requieren
de Factores de Enlongacin
Existen secuencias llamadas sitios depausa, en los que la RNA Pol II se
detiene.
Los Factores de Enlongacin:
TFIIF limita la pausa que
producen estas secuencias evitando ladisociacin de la RNA Pol II.
TFIIS se inserta en el sitio
activo de la RNA Pol II y activa una
actividad de RNAasa en la RNA Pol II,
que corta al extremo 3 del RNA
FACTORES DE
ENLONGACION
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Protenas reguladoras
La expresin gnica es controlada por protenas activadoras o
represoras que se unen de manera especfica a secuencias del
DNA.
Generalmente se unen como dmeros y reconocen secuencias
especficas mediante la insercin de una hlice en el surco
mayor, a travs del cual tienen acceso a las bases del DNA .
Surco
menor
Surco
mayor
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Protenas reguladoras
Las protenas reguladoras presentan dos Dominios
proteicos:
Dominio de unin al ADN
Dominio de Activacin de la Transcripcin
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Protenas reguladoras
Dominio de unin al ADN
Se encuentran en este dominio, diferentes
motivos de unin al ADN.
Motivo hlice giro hlice
Motivo de homeodominio
Motivo de dedos de ZincMotivo en cremallera de leucina
Motivo en hlice bucle hlice
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Motivo de homeodominio
Las protenas con homeodominio estn en todos los eucariotas, incluso en levaduras.
Consiste en tres hlices; la segunda y la tercera forman una estructura semejante a el
motivo hlice-giro-hlice.
La hlice 3 es la de reconocimiento, que interacciona con la bases a travs del surco
mayor.
En la mayora, el extremo N-terminal interacta con el ADN a travs del surco menor.
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Motivos que contienen Zinc
Hay varios motivos, en los dominios de fijacin al ADN, que contienen Zinc:
Dedos de Zinc clsicos (TFIIIA y Sp1)Mdulos de Zinc (Receptor de glucocorticoides y receptores nucleares)
Mdulos que contiene dos iones Zinc y 6 Cistenas (Protena activadora Gal 4
en levaduras)
El Zinc cumple un papel estructural indispensable para mantener la integridad del
motivo, llamado dedo.
El ADN es reconocido por una hlice que interacciona con el surco mayor.
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Motivo en Cremallera de Leucina
Leucina
Este motivo combina superficies de dimerizacin y de unin al ADN en una sola unidadestructural.
Las dos hlices largas, una en cada monmero, forman un dmero a travs de una regin
rica en leucinas (aminocido hidrfobo).
Los dmeros pueden ser homo o heterodmeros.
Cada hlice se inserta en el surco mayor.
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Motivo en Hlice Bucle Hlice
Al igual que en la cremallera de leucina, una regin en hlice de cada monmero se
inserta en el surco mayor del ADN.
La regin de dimerizacin est formada por otra hlice separada de la anterior por un
bucle flexible.
Ejemplo: Factor de
Transcripcin MyoD
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Protenas reguladoras
Dominio de activacin de la transcripcin
A diferencia de los dominios de fijacin, las regiones
activadoras no siempre poseen estructuras bien
definidas. Se agrupan segn el contenido de aminocidosen:
Regin activadora acdica (Gal 4)
Regin activadora ricas en glutamina (Sp1)Regin activadora ricas en Prolina (CTF1)
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Receptores Nucleares
Contienen dodos de Zinc en el Dominio de Unin
al ADN
Adems del dominio de Activacin deben tener
otro Dominio que le permita unirse a una
hormona. As se convierten en ProtenasActivadoras que pueden unirse a un enhancer o
a un Elemento de Respuesta a Hormona HRE).
Receptores Tipo I
Inactivos en el citoplasma (Receptor de Glucocorticoide)
Receptores Tipo II
Inactivos en el ncleo (Receptor de hormona tiroidea)
Receptores Tipo III (Receptores Huerfanos)
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El Receptor de Glucocorticoides se encuentra inactivo en el citoplasma
unido a una protena Hsp90. Cuando se une a la hormona, se produce un
cambio conformacional; se disocia de Hsp90.
Las interacciones entre Factores de
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Las interacciones entre Factores de
Transcripcin incrementan las opciones del
Control en la Expresin Gnica
Posibles combinaciones entre 3 Factores de Transcripcin que pueden formar Dmeros
L i lifi d l l i d d 50 200 d
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Las secuencias amplificadoras suelen tener una longitud de 50 a 200 pares de
bases e incluye sitios de unin para varios Factores de Transcripcin.
La unin de los activadores es cooperativa porque:
-Interactan entre s
-La protena HMG-1 se une al amplificador contribuyendo a la unin
de los activadores mediante el arqueado del ADN para facilitar las interacciones
entre ellos.
Modelo del amplificosoma que se forma sobre el amplificador del gen que
codifica para Interfern b. Este complejo entra en contacto con la maquinaria
de transcripcin, activando la transcripcin de este gen.
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La Transcripcin puede reprimirse de diferentes maneras
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La Transcripcin puede reprimirse de diferentes maneras
Aisladores: estas secuencias de ADN controlan las
acciones de los activadores. Actan bloqueando la
comunicacin entre las protenas activadoras y la
maquinaria de transcripcin.
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La Transcripcin puede reprimirse de diferentes maneras
Represin por el reclutamiento de modificadores de las histonas
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Modificacin de la estructura de la cromatina
Protenas HGM (de gran movilidad)HGMA
HMGB
HMGN
Modificaciones de las histonas
Reorganizacin de nucleosomas
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Modificaciones covalentes en las colas de las Histonas
Lusser Curr Opin Plant Biol5:437;2002Turner, BM Cell 2002
Regulacin de la expresin gnica mediante modificaciones
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Regulacin de la expresin gnica mediante modificaciones
en la estructura de la cromatina
Las protenas activadoras tambin pueden reclutar, adems de la maquinaria de
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Las protenas activadoras tambin pueden reclutar, adems de la maquinaria de
transcripcin, a los Factores remodeladores de la cromatina (SWI/SNF). Estos tienen
homologa a helicasas. Permitiran que los nucleosomas se disocien del ADN y se
deslicen, facilitando la unin de Factores de Transcripcin al ADN.
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Metilacin del ADN
La metilacin del ADN es otro mecanismo general que
controla la transcripcin en eucariotas
El ADN es metilado especficamente en las C que preceden a las G en el ADN.
La metilacin est asociada a la represin de la transcripcin.
Los patrones de metilacin se mantienen despus de la replicacin del ADN
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Impresin o imprinting genmico
Controla la expresin de genes implicados en el desarrollo embrionario
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La Metilacin del ADN y
la desacetilacin deHistonas estn asociadas
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Esquema general
del control de la
expresin gnica a
nivelPostranscripcional
de genes
codificantes de
protenas
Yeast 2-hybrid systemTranscription factor
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Binding
Domain
ActivationDomain
Yeast 2 hybrid systemBinding
Domain
Activation
Domain
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Cmo estudiar si dos protenas pueden interactuar entre ellas
Yeast 2-hybrid systemTranscription factor
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Binding
Domain
ActivationDomain
Binding
Domain
Prot1 ActivationDomain
Prot2
Yeast 2 hybrid systemBinding
Domain
Activation
Domain
Yeast 2-hybrid systemTranscription factor
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Binding
Domain
ActivationDomain
Binding
Domain
Prot1 ActivationDomain
Prot2
Binding
Domain
Prot1Activation
Domain
Prot2 mRNA
Yeast 2 hybrid system
If Prot1 and Prot2 interact:
Binding
Domain
Activation
Domain