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REGULACIÓN GENÉTICA EN CÉLULAS EUCARIOTAS
GENOMA
TRANSCRIPTOMA
PROTEOMA
INFORMACIÓN GENÉTICA
• En un organismo multicelular existen muchos tipos celulares (diferenciación)– Se activan genes distintos– En distintos momentos – Con distinta intensidad
• Los diferentes tipos celulares utilizan parcialmente una información común a todos ellos
CONTROL DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
NEURONA LINFOCITO
gen A gen BDNA
TRANSCRIPCION
TRADUCCION
RNA RNA
Primeras hipótesis: la diferenciación es un proceso unidireccional e
irreversible
Diferenciación celular: Especialización de las células para realizar una función concreta
Bases de la diferenciación:1) Todas las células diferenciadas del organismo
poseen toda la información genética2) Las células diferenciadas solo utilizan parte de esa
información3) La diferenciación es reversible
CONCEPTO DE DIFERENCIACIÓN CELULAR
Cromosomas politénicos: activación de distintas unidades de transcripción
Conservación de toda la informaciónUtilización parcial de la misma
Experiencia de Spemann (1935)
Reversibilidad de la diferenciación
Técnica de transplante nuclear
Reversibilidad de la diferenciación
Experiencias de Briggs y King ( Rana pipiens ) 1952
Reversibilidad de la diferenciación
Experiencias de Gurdon ( Xenopus laevis ) 1962
Reversibilidad de la diferenciación
ovocito
Porcentaje de éxito en ambas experiencias
Reversibilidad de la diferenciación
Experiencias de hibridación somática
Reversibilidad de la diferenciación
Experiencias de Wilmut y colaboradores
Reversibilidad de la diferenciación
Experiencias de Wilmut y cols.
Reversibilidad de la diferenciación
Cell 126:663, 25 Agosto 2006
MycOct3/4Sox2Klf4
Cell, 131:861 30 Noviembre 2007)
Nature 485:599, 31 mayo 2012
REPROGRAMACIÓN CELULAR
Cell 142:375, 6 agosto 2010
• 1. Transcripción• 2. Procesamiento del RNA• 3. Transporte y localización del RNA• 4. Traducción• 5. Degradación de los mRNA• 6. Actividad de la proteína
Niveles de control:
CONTROL DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
Control genéticoSe basa en variaciones heredables en la secuencia de nucleótidos en el DNA
Control epigenéticoSe basa en la regulación heredable de la expresión genética sin variación en la secuencia de nucleótidos
CONTROL DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
Cromatina: estructura permisiva• Metilación de citosinas• Complejos remodeladores• Modificación de histonas• RNAs no codificantes
CONTROL DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
Reconfiguración de la secuencia del DNA
Cromatina
Reconfiguración de la secuencia del DNA por pérdida irreversible de segmentos
CONTROL DE LA CROMATINARegulación genética
Grados distintos de compactaciónCONTROL DE LA CROMATINA
La estructura de la cromatina varía a lo largo del cromosoma
Complejos remodeladores de la cromatina
CONTROL DE LA CROMATINARegulación epigenética
Las proteínas reguladoras pueden alterar lugares concretos de la cromatina
Metilación de citosinas
CONTROL DE LA CROMATINA
citosina 5-metilcitosina
metilación
Regulación epigenética
CONTROL DE LA CROMATINA
H2A
H2B
H3
H2A
dominio plegado
Modificación de histonasRegulación epigenética
CONTROL DE LA CROMATINA
Modificación de histonasRegulación epigenética
RNAs no codificantesRegulación epigenética
CONTROL DE LA CROMATINA
(Ejemplo: XIST RNA)
Inactivación del cromosoma X
Región de control genético
Los promotores que solo son reconocidos por factores de transcripción generales y proximales controlan los genes constitutivos (housekeeping genes), es decir, los que se expresan en todas las células del organismo
Los factores de transcripción que actúan sobre los promotores distales, controlan la expresión de los genes inducibles, que se expresan solamente en tejidos específicos
Gen X
Proteínasreguladoras proximales
Factoresgenerales detranscipción
RNA transcrito
Promotor basal
TATA
DNAespaciador
Secuenciareguladora
RNA polimerasa II
Proteínasreguladoras
distales
REGIÓN DE CONTROL DEL GEN X
Proteínasreguladoras
CONTROL DE LA TRANSCRIPCION
Transcripción– Regulación cis: secuencias reguladoras– Regulación trans : factores de transcripción y
proteínas reguladoras
CONTROL DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
Regulación cis: elementos de respuesta en el DNA
CONTROL DE LA TRANSCRIPCION
Hélice-giro-hélice
Factores de transcripción: estructuraRegulación trans
CONTROL DE LA TRANSCRIPCION
Hélice-bucle-héliceMyoD1: genes específicos
de células musculares
E12/E47: secuencias estimuladoras
de la síntesis de inmunoglobulinas
Factores de transcripción: estructuraRegulación trans
CONTROL DE LA TRANSCRIPCION
Dedos de zinc
Receptores de hormonas:
tiroideas, esteroides,
ácido retinóico, etc
Promotor del RNA 5S
Factores de transcripción: estructuraRegulación trans
CONTROL DE LA TRANSCRIPCION
Cremallera de leucina
Oncogenes fos/jun
CREB: se une al elemento
de respuesta al AMPc
Factores de transcripción: estructuraRegulación trans
CONTROL DE LA TRANSCRIPCION
CONTROL DE LA TRANSCRIPCION
Puede haber secuencias reguladoras en sitios alejados y actuar en cooperación sobre un mismo gen, mediante unión a factores de transcripción específicos
Región de control genético
Las combinaciones de unas pocas proteínas reguladoras pueden generar muchos tipos celulares diferentes durante el desarrollo
Control combinatorioCONTROL DE LA TRANSCRIPCION
Control combinatorioCONTROL DE LA TRANSCRIPCION
CONTROL DE LA TRANSCRIPCION
Control combinatorio
Control combinatorio
Drosofila normal
Mutación bitorax: tres alelos mutantes
en homocigosis:
bx, abx y pbx
CONTROL DE LA TRANSCRIPCION
Post-transcripción– Montaje (splicing) alternativo– Edición del mRNA– Transporte al citoplasma– Vida media del mRNA– Interferencia del RNA (RNAi)
CONTROL DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
SUNBFHTGONYONLKJIJFJMLBKNFJCOMOMNHSYIEWRBVDDFH
JGDGVPANMRNBHYQBAGDKIRBMVHFIKFBBCDJNHGCARNECHI
Montaje alternativoCONTROL POSTRANSCRIPCIONAL
Edición del RNACONTROL POSTRANSCRIPCIONAL
Transporte del RNA al citoplasmaCONTROL POSTRANSCRIPCIONAL
Vida media del mRNACONTROL POSTRANSCRIPCIONAL
Interferencia del RNA (RNAi)
DNA
miRNA
mRNA
proteína naciente
siRNA
Craig Mello
Andrew Fire
Premio Nobel de Medicina 2006
CONTROL POSTRANSCRIPCIONAL
Traducción– Unión de proteínas a regiones 5’ o 3’ no
traducidas– Modificación de los factores de iniciación– Sitios internos de entrada al ribosoma (IRES)
CONTROL DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA
Modificaciones post-traduccionales– Remodelación química
– Acetilación– Carboxilación– Fosforilación– Hidroxilación– Glicosilaciones– Acilación– Formación de puentes disulfuro
– Plegamiento– Degradación
CONTROL DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA