República Bolivariana de VenezuelaUniversidad Pedagógica Experimental Libertador

Instituto Pedagógico de Maturín Prof. Antonio Lira AlcaláCátedra: Genética

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA EN

EUCARIOTAS

Profesor: Bachilleres:Jesús Lunar Cleidys Ordaz

Francys BrucesRosangelys MundaraínMaría GuzmánManuel Figueroa

Maturín, Julio del 2015.

CLEIDYS ORDAZ

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA

Las diferentes posibilidades de regulación de la expresión génica en organismos eucariotas son:

I. Nivel de cromatina

II. Nivel transcripcional

III. Nivel postranscripcional

IV. Nivel traduccional

V. Nivel postraduccional

NIVELES DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIONTES

Existen cuatro subniveles de regulación al nivel de la cromatina:

1. Condensación de la cromatina: sitios sensibles e hipersensibles a la DNasa I

2. Zonas superenrolladas

3. Metilación de las citosinas

4. Reordenamiento del genoma

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA A NIVEL DE LA CROMATINA

CONDENSACIÓN DE LA CROMATINA: SITIOS SENSIBLES E HIPERSENSIBLES A LA DNASA I

La cromatina está constituida por el DNA enrollado alrededor de una serie de nucleosomas, empaquetada más relajada en las regiones que contienen genes activos. Además de los cambios generales que ocurren en las regiones activas o potencialmente activas, ocurren cambios estructurales en sitios específicos asociados con la iniciación de la transcripción o con determinadas características estructurales del DNA. Estos cambios se detectaron por primera vez gracias a los efectos de la digestión con concentraciones muy débiles de la enzima DNAsa I.

ZONAS SUPERENROLLADAS

El superenrollamiento negativo del DNA hace que las bases estén más accesibles a las proteínas. Algunos resultados experimentales demuestran que la variación del grado de torsión del DNA se utiliza como medio para modificar el acceso de las proteínas al promotor, lo mismo en eucariontes que en procariontes, regulando así la expresión de los genes correspondientes. Las mutaciones en los genes de las topoisomerasas, que son las enzimas que crean o eliminan los supergiros, disminuyen su actividad y también disminuyen importantemente la transcripción de numerosos genes. Este efecto también se obtiene por los inhibidores de las topoisomerasas. Sin embargo, este resultado no es general, y sólo algunos genes están afectados. Las topoisomerasas implicadas en esta regulación parecen fijarse a determinadas secuencias específicas del DNA situadas antes de los promotores.

LA EXPRESIÓN GÉNICA ESTÁ ASOCIADA A LA NO-METILACIÓN

La metilación del DNA tiene lugar en sitios específicos. En eucariontes, su función primordial conocida está asociada al control de la transcripción. Entre el 2 y el 7% de las citosinas en el DNA de las células animales está metilado. La mayoría de los grupos metilo se encuentran en los "dupletes" CG, y, de hecho, la mayoría de las secuencias CG están metiladas. Generalmente, los residuos C en ambas cadenas de este tipo de secuencia palindrómica están metiladas. Cuando un duplete está metilado en una sola de las dos cadenas, se dice que está hemimetilado.

REORDENAMIENTO DEL GENOMA

Entre los genes cuya expresión está condicionada por un reordenamiento genómico figuran los genes de determinados antígenos de superficie en el tripanosoma, los genes de las proteínas del sistema inmune y los genes que intervienen en la esporulación de la levadura (mating-type o fenotipo sexual).

REGULACIÓN A NIVEL TRANSCRIPCIONAL

La transcripción de un gen en estado activo está controlada en la iniciación por la interacción de la RNA polimerasa con su promotor. En la mayoría de los genes, éste es el punto de control más importante. Probablemente sea el nivel más común de regulación.

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA A NIVEL POSTRANSCRIPCIONAL

A nivel postranscripcional, la regulación de la expresión de los genes eucariotas se subdivide en:

1. Splicing diferencial

2. Diferentes sitios de poliadenilación

3. Estabilidad de los mRNA

4. Almacenamiento de los mRNA

SPLICING DIFERENCIAL

La mayoría de los genes interrumpidos se transcriben en un RNA que da lugar a un solo tipo de mRNA maduro: en estos casos, no hay variación al asignar los exones y los intrones. Pero los RNAs de algunos genes tienen patrones de splicing diferencial, cuando un solo gen da lugar a más de una secuencia de mRNA.

ELECCIÓN DEL SITIO DE POLIADENILACIÓN

Es otra posibilidad de obtener varios tipos de mRNAs a partir de un mismo transcrito primario reside en la variabilidad de elección del sitio de poliadenilación. Los cambios del sitio de poliadenilación y adición de la cola poli A pueden modificar el extremo carboxi-terminal de la proteína

ESTABILIDAD DE LOS mRNAsLa modificación de la duración de la vida de los mensajeros es un factor importante en la regulación de la expresión de algunos genes. La estabilización de los mRNAs de oncogenes como c-myc y c-fos conlleva a un aumento de la concentración celular de las proteínas correspondientes que pudiera ser en este caso, al menos, la causa de una proliferación celular descontrolada.

EL ALMACENAMIENTO DE LOS mRNA

Numerosos genes son transcritos y jamás aparecen sus productos de traducción. La complejidad de los RNA nucleares es alrededor de 20 veces mayor que las de los mensajeros citosólicos. Aproximadamente la cuarta parte de los mensajeros que poseen el Cap 5' no están poliadenilados, aún cuando normalmente deberían estarlo.

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA A NIVEL TRADUCCIONAL

Este nivel de regulación es el menos conocido de todos. Parece ser que los mecanismos que lo rigen juegan un papel importante en el almacenamiento recién estudiado, ya que la traducción depende de la liberación de los mRNAs, aún cuando el almacenamiento sea breve. Tampoco todos los mRNAs que llegan al citoplasma se traducen en proteínas.

CONTROL DE LA SÍNTESIS DE LA FERRITINA

Cuando los hepatocitos se incuban en presencia de Fe, la traducción del mensajero de la ferritina aumenta rápidamente, mientras que el mensajero del receptor de la transferrina no se traduce, y de hecho, se destruye. La ferritina permite el almacenamiento del hierro en la célula, mientras que el receptor de la transferrina permite la entrada de hierro a la célula.

REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA A NIVEL POSTRADUCCIONAL

Las proteínas recién sintetizadas pueden sufrir modificaciones postraduccionales que son, a su vez, una manera de controlar la expresión de los genes en eucariontes. Esta regulación puede ser cuantitativa o cualitativa. Se trata de glicosilaciones, fosforilaciones, acetilaciones, ribosilaciones, etc. Se puede dar el caso de poliproteínas que sufren cortes, mecanismo que es común en la síntesis de hormonas peptídicas como la insulina.

FRANCYS BRUCES

La transcripción de un gen en estado activo, esta controlada en la iniciación por la interacción de la RNA polimerasa con su promotor.

REGULACIÓN A NIVEL TRANSCRIPCIONAL

LA REGULACION DE LA EXPRESION DE GENES A NIVEL TRANSCRIPCIONAL, SE SUBDIVIDE EN:

Control en Cis Control en Trans

Control en CIS

Para obtener un máximo nivel de transcripción, la polimerasa de RNA II, requiere la cooperación de múltiples elementos reguladores en Cis. Se pueden diferenciar tres clases de elementos en función de su posición relativa:

Promotor mínimo: es la región comprendida entre el sitio de inicio de la transcripción y la secuencia TATA, que se encuentra aproximadamente a 30pb (pares de bases) del sitio de iniciación del mRNA.

Elementos proximales: Normalmente existen dos o mas elementos próximos al promotor situados a unos 100 -200pb (pares de base) aguas arriba del sitio de inicio del mRNA.

Elementos que actúan independientemente de la distancia:

• Intensificadores (enhancers): son secuencias de acción cis que aumenta mucho las tasas de transcripción de promotores que se encuentran en la misma molécula. Activando la transcripción, es decir regulándola positivamente.

• Silenciadores: son secuencias de acción cis, a las cuales se unen represores, inhibiendo a los activadores y reduciendo el nivel de transcripción.

Son capaces de actuar a distancia (>50kb o mas)

Pueden colocarse aguas arriba o abajo del promotor al que controlan.

Poseen estructura compleja.

Los elementos distales pueden estar separados del promotor por varios miles de pb.

Elementos distales (potenciales y silenciadores).Próximos entre si pero alejados del origen; regulan la eficacia del inicio de la transcripción, se distribuyen en un margen de unos 100 pb.

Control en Trans.

o Se han identificado en eucariotas muchas proteínas reguladoras que actúan en trans.

o Las proteinas reguladoras que se fijan al DNA son capaces de fijarse tanto a los intensificadores como a las elementos anteriores.

De esta manera, se sabe que cada una de esas proteínas contiene al menos dos dominios:

Dominio de fijación al DNA: permite a la proteína reconocer sus genes ¨diana¨ y presenta (diferentes clases).

• Motivo Hélice-giro-helice.• Motivo dedos de Zn.• Motivo Zipper de leucina.• Motivo Hélice-asa-helice.

Dominio de acción sobre la transcripción: provoca los efectos positivos o negativos de la proteína sobre la transcripción.

DOMINIO DE FIJACIÓN AL DNA

• Motivo Hélice-giro-helice.

Dos hélices α de la proteína represora interaccionan con dos surcos mayores consecutivos en el DNA del operador. Las hélices están conectadas por un giro en la estructura secundaria de la proteína.

• Motivo Dedos de Zn

Dos tipos de proteínas de unión al DNA tienen este tipo de estructura: las clásicas proteínas ¨Dedos Zinc¨ receptores de esteroides y una ¨proteína dactilar¨ típica de una serie de dedos de Zinc.

Los Dedos de zinc representan un motivo común en las proteínas de unión al DNA. En la cual una átomo de zinc se conjuga con cuatro aminoacidos de una pequeña parte de una cadena polipeptidica [dos cisteinas (C) y dos Histidinas (H)].

• Motivo zipper de leucina

Es un tramo de aminoácidos ricos en residuos de leucina que proporciona un motivo de dimerización (esquema). La formación de dímeros emergió como principio común en la acción de las proteínas que reconocen secuencias especificas del DNA, y en el caso del zipper de leucina . Una α-hélice anfipática tiene una estructura en la cual los grupos hidrófobos (incluyendo la leucina) están en una cara, mientras que los grupos cargados están en la otra.

• Motivo hélice-asa-helice

Dos características comunes de las proteínas de unión al DNA son la presencia de regiones helicoidales que se unen al DNA, y la posibilidad que tiene la proteína de dimerizar. Ambas características están representadas en el grupo de proteínas hélice-asa-hélice que comparte un tipo común de motivo en su secuencia: un tramo de 40-50 aminoácidos que contiene dos α-hélices anfipáticas separadas por una región de unión (el asa) de longitud variable.

DOMINIO DE ACTIVACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN

Al igual que en el caso de los dominios de fijación al DNA, el número de motivos de activación de la transcripción es limitado y algunos factores pueden presentar varios de ellos. De forma esquemática presentamos los tres motivos principales que se han caracterizado:

Dominio rico en aminoácidos cuyo modelo es el factor GAL4 de la levadura.

Dominio rico en glutaminas (25%) cuyo modelo es el factor de transcripción SP1.

Dominio rico en prolinas (20-30%) cuyo modelo es el factor de fijación a la Caja CAAT, CTF/NF1.

LAS HORMONAS ESTEROIDES

Se sintetizan en respuesta a una variedad de actividades neuroendocrinas, y ejercen sus principales efectos sobre el crecimiento, el desarrollo del tejido y la homeostasis corporal en el mundo animal. Las diversas acciones de regulación del desarrollo y función corporal se pueden explicar en términos de vías de regulación de la expresión génica.

MARÍA GUZMÁN

CROMOSOMA POLITÉNICO

Son cromosomas interfásicos

poco comunes que se encuentra

en las células de intestino,

órganos excretores o en las

glándulas sebáceas de algunos

insectos (Clark y Wall 1996)

MANUEL FIGUEROA

Cromosomas de Drosophila, coloreados con Giemsa

CROMOSOMAS DE DROSOPHILA