Transcripción del DNA y Regulación de la expresión genética · RNA polimerasa de los...
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Transcripción del DNA y
Regulación de la
expresión genética
Universidad de Chile, Facultad de Medicina,
ICBM
Programa de Biología Celular y Molecular
Curso de Biología Molecular y Genómica
2018
Dr. Héctor Toledo
Flujo de la información genética
0,5-1m
1-10 m
Procarionte
Eucarionte
Compactación del DNA en eucariontes:
Nucleosomas
Compactación del DNA en eucariontes:
Nucleosomas
Compactación del DNA en eucariontes:
Agrupación de nucleosomas
Compactación del
DNA en eucariontes:
Diversos grados de compactación:
desde el nucleosoma hasta el cromosoma
mitótico.
Estructura del RNA
(Hebra Molde)
COMPONENTES BASICOS DE LA TRANSCRIPCION
DNA molde RNA polimerasa NTP: ATP UTP GTP CTP
Síntesis en dirección 5´-3´
TRANSCRIPCION EN BACTERIAS
RNA polimerasa de E. coli
Subunidad Gen Número Masa (kD) Función
α rpoA 2 37 Se une a secuencias
reguladoras
β rpoB 1 151 Sitio catalítico
β` rpoC 1 155 Se une al DNA
molde
σ rpoD 1 70 Reconoce el
promotor
ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE LA RNA POL
Síntesis de RNA 5’ 3’ a partir de un molde de DNA
Transcripción
Hebra antisentido (no codificante)
Hebra codificante (sentido)
RNA transcrito
Nat Rev Microbiol. 2016. 14:638
Terminación de la transcripción dependiente de rho ()
Sitio de reconocimiento
de rho
rho
ADP
mRNA
ATP
“Horquilla”
Interacción débil El apareamiento de bases A:U
es más débil que el G:C’s.
Rho independiente
Interacciones
DNA-Proteínas
• Específicas
• Inespecíficas
Interacción específica: Reconocimiento de secuencias
de bases en el DNA.
No requiere separar las hebras
DNA
Citoplasma
Nucleo
TRANSCRIPCION EN
EUCARIONTES
Export
G AAAAAA
RNA
Transcription
G AAAAAA
RNA Processing
mRNA
P 1 T P 2 T P 3 T
mRNAs
GENES INDIVIDUALES (ORGANIZACION MONOCISTRONICA)
PROTEINAS
Principios Generales de la
transcripción en Eucariontes
1. Tres polimerasas
2. Promotores diversos, varían en número,
naturaleza y localización
3. Múltiples factores de transcripción
RNA polimerasa de los eucariontes
Tipo Localización Transcritos celulares
I Nucleolo rRNA 18S; 5,8S y 28S
II Nucleoplasma mRNA
III Nucleoplasma tRNAs y rRNA 5S
Comparación estructural de las RNA
polimerasas de levadura y de E. coli
EN CADA ELEMENTO DE PROMOTOR SE UNE UNA
PROTEINA LLAMADA FACTOR DE LA TRANSCRIPCION
Promotor eucarióntico
Inr: secuencia iniciadora
N: representa cualquier nucleótido
Y: representa una pirimidina
Elementos del promotor mínimo de la RNAPII
En un principio se pensó que
consistía en un elemento altamente
conservado: elemento TATA
Sin embargo cerca del 80% del
total de promotores no
contiene el elemento TATA
Elemento del promotor mínimo (Core promoter element, CPE): Secuencia
conservada dentro del promotor mínimo que participa en el establecimiento de la
transcripción
FACTORES DE TRANSCRIPCION
A.- BASALES O GENERALES
B.- TRANSACTIVADORES. SE UNEN A DNA EN
ELEMENTOS DE PROMOTOR:
SECUENCIAS RIO ARRIBA (UAS) (EN LEVADURA)
POTENCIADORES (ENHANCER) (EN EUCARIONTES
SUPERIORES)
proximales- distales
C.- COACTIVADORES. COMUNICAN AL
TRANSACTIVADOR CON LA RNA POLIMERASA II
-Estructura de silla de montar
-Se une al surco menor del DNA
-Dobla DNA en unos 80º hacia el surco mayor
Síntesis de RNA en Eucariontes
FACTORES DE TRANSCRIPCION
A.- BASALES O GENERALES
B.- TRANSACTIVADORES. SE UNEN AL DNA EN LOS
ELEMENTOS DE PROMOTOR:
SECUENCIAS RIO ARRIBA (UAS) (EN LEVADURA)
POTENCIADORES (ENHANCER) (EN EUCARIONTES
SUPERIORES)
proximales- distales
C.- COACTIVADORES. COMUNICAN AL
TRANSACTIVADOR CON LA RNA POLIMERASA II
TFIID
(TBP +TAFIIs
Qué se une en cada elemento de
promotor?
TATA CCAAT GGGCGG
-40 to -80 Gene-
specific
-25 to -30 -80 to -100 anywhere
SP1 CTF
Too Many
to Name
TATA CCAAT
TATA CCAAT GGGCGG
TATA GGGCGG
-25 to -30 -80 to -100
Hasta -100
-40 to -80
Gene-
specific
Gene-
specific
Gene-
specific
Gene-
specific
En cualquiera parte
INICIO DE LA TRANSCRIPCION
+1
Presencia de secuencias reguladoras son características de la
estructura de cada gen
POTENCIADORES o ENHANCER
Cada gen es regulado por factores diferentes
Factores : activadores o represores de la transcripción
gen1
gen2
gen3
CCAAT
+1
FT unido a secuencia potenciadora “ENHANCER” actúa a la distancia
Activador FT
RNA Pol II + TF II
enhancer
DNA
= Coactivador
+1
FACTORES DE TRANSCRIPCION
A.- BASALES O GENERALES
B.- TRANSACTIVADORES. SE UNEN A DNA EN
ELEMENTOS DE PROMOTOR:
SECUENCIAS RIO ARRIBA (UAS) (EN LEVADURA)
POTENCIADORES (ENHANCER) (EN EUCARIONTES
SUPERIORES)
proximales- distales
C.- COACTIVADORES. COMUNICAN A LOS
TRANSACTIVADORES CON LA RNA POLIMERASA II
Modificaciones Post-
transcripcionales
Procesamiento transcrito primario
• Capping
• Poliadenilación
• Splicing
Síntesis del Cap
Nature (2016) 359
Término de la síntesis de mRNA y
síntesis de la cola de poliA
Mecanismo de splicing
Ataque Nucleofílico
enlace fosfodiester inusual
5’-3’ and 5’-2’
Ataque Nucleofílico
PROCESAMIENTO ALTERNATIVO
• Varias señales de poliadenilación
• Varias señales de splicing
REGULACION DE LA EXPRESION
GENICA
En bacterias
PRINCIPIOS DE LA REGULACION DE LA
EXPRESION GENICA A NIVEL DE TRANSCRIPCION
EXPRESION CONSTITUTIVA
El nivel de expresión depende de la arquitectura del
promotor
Promotor fuerte: cajas -10, -35 y separación entre
ellas, semejantes al consenso.
Promotor débil: diferente al consenso
PRINCIPIOS DE LA REGULACION DE LA EXPRESION
GENICA A NIVEL DE TRANSCRIPCION
- EXPRESION REGULADA (productos génicos cuyos
niveles varían en respuesta a una señal molecular):
- REPRESION
- INDUCCION
mediadas por interacciones proteína-DNA específicas.
Nat Rev Microbiol. 2016. 14:638
OPERON LACTOSA
OPERON LACTOSA
O = operador
P = promotor
Z: β galactosidasa ; Y: permeasa; A: galactosido transacetilasa
Regulación de la expresión del operon lactosa 1. en ausencia de lactosa
Regulación de la expresión del operón lactosa 2. en presencia de lactosa
REGULACION DE LA EXPRESION
GENICA
En Eucariontes
Compactación del
DNA en eucariontes:
Diversos grados de compactación:
desde el nucleosoma hasta el cromosoma
mitótico.
Ac Ac
Ac
Ac
Transcripción activa Transcripción silenciada
Rpd3
Sin3
Remodelación de la cromatina:
Acetilación
Nat Cell Biol Rev. 2018, 19:59-70
Control de la expresión genética dependiente de ubiquitina
Joyal et al. show that in the mouse retina, fatty acids are used as an additional energy supply to glucose.
However, when there are high levels of circulating fatty acids, Ffar1 senses this activity and suppresses
the expression of the glucose transporter Glut1. This results in a reduction of α-KG, the stabilization of
Hif-1α (hypoxia-inducible factor 1α) and the secretion of Vegfa, which results in neovascularization. The
induction of Hif-1α in the event of metabolic starvation may cause such neovascularization in age-related
macular degeneration (AMD). PEP, phosphoenolpyruvate . Nature Medicine. 2016. 22:342-343
Current dogma suggests that high-energy–consuming photoreceptors depend on glucose. A new
study reveals that the retina also uses fatty acid β-oxidation for energy, and that dysregulated lipid and
glucose photoreceptor energy metabolism may drive neovascular age-related macular degeneration
(AMD).
TRANSCRIPCION GENICA ES REGULADA POR SEÑALES DEL
MEDIO
Mecanismo de
regulación de
las síntesis de
proteínas en
eucariontes
mediante RNA
interferente
Cell, 150: 895-908, 2012
¿Podemos utilizar este mecanismo en beneficio de la salud?
LA TRANSCRIPCION DEL DNA ES REGULADA POR SEÑALES
DEL MEDIO AMBIENTE
Translational Control in Mammals
Regulation of cap-dependent translation . mTORC1 links cell-intrinsic and -extrinsic
signals to translation initiation by phosphory lating S6Ks and 4E-BPs. eIF2 a
phosphorylation represses translation. Excessively high or low translation activities are
associated with neurodevelopmental and neurodegenerative diseases, respectively
Cell (2014) 157:26
Terapia Génica
Alcoholismo
Fin
Gracias por su
atención