8- Regulacion de La Expresion Genica en Eucariotas
-
Upload
alexander-gabriel-rivero -
Category
Documents
-
view
436 -
download
7
description
Transcript of 8- Regulacion de La Expresion Genica en Eucariotas
Transcripción Diferencias eucariotas - procariotas
Diferencias eucariotas - procariotas Característica Procariota Eucariota
Promotor Cajas y zona operadora Solo cajas
Cistrón Policistrones Monocistrones
RNA polimerasa
una sola, con 5 subunidades distintas
3 ARN polimerasas.
EstabilizaciónEl ARN recién 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 al promotor
ARN pol, necesita la presencia de proteínas de iniciación, que se unan antes que ella al ADN.
Intrones No tiene Tiene y se eliminan mediante splicing (corte y empalme).
ARN polimerasa en eucariotas
•El núcleo de las células eucariotas posee 3 ARN polimerasas:
• RNA polimerasa I se encuentra en el nucléolo (transcribe genes que codifican para RNA ribosómicos.
• RNA polimerasa II y III se localizan en el nucleoplasma.
RNA Polimerasa
Localización Producto Sensibilidad a -amanitina
RNA Pol I Nucléolo rRNAs 28S, 18S, 5.8S
insensible
RNA Pol II Nucleoplasma mRNAs,miRNAssnRNA
Muy sensible
RNA Pol III Nucleoplasma tRNAs, rRNA 5S, algunos
snRNAs
Sensibilidad intermedia
Comparación de las estructuras tridimensionales de las RNA polimerasas eucariotas y bacterianas
Comparación esquemática de la estructura de las RNA polimerasas eucariotas y bacterianas
El extremo carboxilo terminal de la subunidad más grande de la RNA pol II (RPB1) contiene un segmento repetido de 7 aminoácidos (CTD).La fosforilación de CTD es importante para la transcripción y el procesamiento del ARN.
Promotores reconocidos por la RNA polimerasa II
Promotor mínimoRegión comprendida a ambos lados del sitio de inicio de la transcripción. Se une el aparato de transcripción basal. Caja TATA (-25-30) (TATAAA); inicio de la transcripción (YYYAN(T/A)YY). Determina una transcripción basal
BRE: Elemento Reconocedor de TFIIB
DCE: Elementos del Promotor Mínimo ubicados Corriente Abajo
Promotores reconocidos por la RNA polimerasa IIPromotor reguladorRegión comprendida corriente arriba al promotor mínimo (-200 pb o más lejos). A estas secuencias se unen factores de transcripción específicos que determinan una transcripción eficiente y regulada del gen. La localización y organización de estos módulos es variable.
Caja CG: Factor de transcripción Sp1.Caja CCAATT: CTF
Promotores reconocidos por la RNA polimerasa II
CpG island
approx. -100 to -1
Promotor reconocido por la RNA polimerasa I
Los promotores de los genes transcriptos por RNA pol I no están tan bien conservados en su secuencia entre diferentes especies. Pero su arquitectura general sí está bien conservada.Consiste en dos elementos: un elemento central que contiene al sitio de inicio de la transcripción.
Un elemento corriente arriba (UPE), aproximadamente -100 pb más alejado. La distancia entre estos dos elementos es importante para el reconocimiento por los factores de transcripción.
Promotores reconocidos por la RNA polimerasa IIIExisten tres clases de promotores diferentes en los genes transcriptos por RNA pol III. Dos de éstos 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 unión a el factor SNAP.
Secuencias Activadoras y represoras de la Transcripción que no forman parte del promotor
El primer enhancer fue descubierto en la región 5´del gen de expresión temprana del virus SV40
Las secuencias estimuladoras o enhancers son secuencias que se encuentran distantes del promotor e incrementan la transcripción 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 orientación.Tienen una estructura modular, con diferentes secuencias cortas de ADN.Regulan la expresión génica especifica tisular y temporal.Actúan a distancia mediante la unión de factores de transcripción específicos. Algunos pueden actuar como represores cuando son reconocidas por proteínas represoras.
Las tres RNA polimerasas eucariotas necesitan de otras proteínas para iniciar la transcripción
Factores de transcripción basales o generales: se unen al promotor mínimo para iniciar la transcripción.
Se requieren 6 TFII para que la RNA polimerasa II inicie la transcripción.Al menos in vitro, se unen en un orden específico para formar el complejo de preiniciación
TFIIA
No es tan importante, al menos para la transcripción in vitro.
Quizás ayude a la unión de otros factores al complejo de iniciación.
TFIID
TFIID se compone de TBP (proteína de unión a caja TATA )Reconoce al promotor
Recluta a TFIIBAdemás está formado por otros 13 polipéptidos denominados TAF (Factores Asociados a TBP)
TBP es un Factor de Transcripción universal ya que también es requerida para la transcripción de genes transcriptos por las otras RNA polimerasas.
La unión de TBP al ADN induce una curvatura en el mismo
TFIID puede reconocer promotores que no tienen caja TATA
TFIIB
TFIIB actúa como puente entre la RNA polimerasa II y TBP.Ayuda a que la RNA pol II seleccione el sitio de inicio de la transcripción
Recluta al complejo TFIIF-PoI II.Bajo ciertas condiciones (presencia de BRE en el promotor), la RNA pol II junto a TFIID y TFIIB pueden formar un complejo de iniciación mínimo. Para la mayoría de los promotores, sin embargo, se necesitan de TFIIE,
TFIIF y TFIIH.
TFIIF
Recluta a RNA polimerasa II Posiciona a la RNA Polimerasa II sobre el sitio de inicio de la
transcripción
TFIIE
TFIIE es un heterotetrámero(a2b2)
Crea un sitio de anclaje para el próximo Factor de
Transcripción (TFIIH).-Modula la actividad enzimática
de TFIIH. Favorece la apertura del
promotor.
TFIIH
TFIIH es una proteína multimérica compuesta de 9 subunidades, algunas de ellas con distintas actividades enzimáticas.
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 enlongación.
La fosforilación de la RNA polimerasa II en CTD permite que escape del promotor.
Los factores de Transcripción Generales son liberados.
Inicio de la Transcripción (Complejo de Preiniciación) en genes cuyos promotores no poseen Cajas TATA
Unión de la RNA polimerasa III a promotores Internos
El Complejo Mediador y la RNA polimerasa II
La RNA polimerasa II no añade nucleótidos de manera eficaz por si sola. Para que esto ocurra se requieren de Factores de EnlongaciónExisten secuencias llamadas sitios de pausa, en los que la RNA Pol II se detiene.Los Factores de Enlongación:
TFIIF limita la pausa que producen estas secuencias evitando la disociación 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
Proteínas reguladoras
• La expresión génica es controlada por proteínas activadoras o represoras que se unen de manera específica a secuencias del DNA.
• Generalmente se unen como dímeros y reconocen secuencias específicas mediante la inserción de una hélice a en el surco mayor, a través del cual tienen acceso a las bases del DNA .
Surcomenor
Surcomayor
Proteínas reguladoras
• Las proteínas reguladoras presentan dos Dominios proteicos:
• Dominio de unión al ADN
• Dominio de Activación de la Transcripción
Proteínas reguladoras
• Dominio de unión al ADN• Se encuentran en este dominio, diferentes
motivos de unión al ADN.
Motivo hélice giro héliceMotivo de homeodominio
Motivo de dedos de Zinc Motivo en cremallera de leucinaMotivo en hélice bucle hélice
Motivo de homeodominio
Las proteínas con homeodominio están en todos los eucariotas, incluso en levaduras.Consiste en tres a hélices; la segunda y la tercera forman una estructura semejante a el motivo hélice-giro-hélice.La hélice 3 es la de reconocimiento, que interacciona con la bases a través del surco mayor.En la mayoría, el extremo N-terminal interactúa con el ADN a través del surco menor.
1
23
Motivos que contienen Zinc
Hay varios motivos, en los dominios de fijación al ADN, que contienen Zinc:Dedos de Zinc clásicos (TFIIIA y Sp1)Módulos de Zinc (Receptor de glucocorticoides y receptores nucleares)Módulos que contiene dos iones Zinc y 6 Cisteínas (Proteína 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 hélice a que interacciona con el surco mayor.
Motivo en Cremallera de Leucina
Leucina
Este motivo combina superficies de dimerización y de unión al ADN en una sola unidad estructural.Las dos hélices a largas, una en cada monómero, forman un dímero a través de una región rica en leucinas (aminoácido hidrófobo). Los dímeros pueden ser homo o heterodímeros.Cada hélice a se inserta en el surco mayor.
Motivo en Hélice Bucle Hélice
Al igual que en la cremallera de leucina, una región en hélice a de cada monómero se inserta en el surco mayor del ADN.La región de dimerización está formada por otra hélice a separada de la anterior por un bucle flexible.
Ejemplo: Factor de Transcripción MyoD
Proteínas reguladoras
• Dominio de activación de la transcripción A diferencia de los dominios de fijación, las regiones
activadoras no siempre poseen estructuras bien definidas. Se agrupan según el contenido de aminoácidos en:
Región activadora acídica (Gal 4)Región activadora ricas en glutamina (Sp1)Región activadora ricas en Prolina (CTF1)
Receptores Nucleares
• Contienen dodos de Zinc en el Dominio de Unión al ADN
Además del dominio de Activación deben tener otro Dominio que le permita unirse a una hormona. Así se convierten en Proteínas Activadoras que pueden unirse a un enhancer o a un Elemento de Respuesta a Hormona HRE).
Receptores Tipo IInactivos en el citoplasma (Receptor de Glucocorticoide)
Receptores Tipo II Inactivos en el núcleo (Receptor de hormona tiroidea)
Receptores Tipo III (Receptores Huerfanos)
El Receptor de Glucocorticoides se encuentra inactivo en el citoplasma unido a una proteína Hsp90. Cuando se une a la hormona, se produce un
cambio conformacional; se disocia de Hsp90.
Las interacciones entre Factores de Transcripción incrementan las opciones del
Control en la Expresión Génica
Posibles combinaciones entre 3 Factores de Transcripción que pueden formar Dímeros
Las secuencias amplificadoras suelen tener una longitud de 50 a 200 pares de bases e incluye sitios de unión para varios Factores de Transcripción.La unión de los activadores es cooperativa porque:
-Interactúan entre sí-La proteína HMG-1 se une al amplificador contribuyendo a la unión
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 Interferón b. Este complejo entra en contacto con la maquinaria de transcripción, activando la transcripción de este gen.
La Transcripción puede reprimirse de diferentes maneras
La Transcripción puede reprimirse de diferentes maneras
Aisladores: estas secuencias de ADN controlan las acciones de los activadores. Actúan bloqueando la “comunicación” entre las proteínas activadoras y la
maquinaria de transcripción.
La Transcripción puede reprimirse de diferentes maneras
Represión por el reclutamiento de modificadores de las histonas
Modificación de la estructura de la cromatina
Proteínas HGM (de gran movilidad)HGMAHMGBHMGN
Modificaciones de las histonas
Reorganización de nucleosomas
Modificaciones covalentes en las colas de las Histonas
Lusser Curr Opin Plant Biol 5:437;2002Turner, BM Cell 2002
Regulación de la expresión génica mediante modificaciones en la estructura de la cromatina
Las proteínas activadoras también pueden reclutar, además de la maquinaria de transcripción, a los Factores remodeladores de la cromatina (SWI/SNF). Estos tienen
homología a helicasas. Permitirían que los nucleosomas se disocien del ADN y se deslicen, facilitando la unión de Factores de Transcripción al ADN.
Metilación del ADN
La metilación del ADN es otro mecanismo general que controla la transcripción en eucariotas
El ADN es metilado específicamente en las C que preceden a las G en el ADN.La metilación está asociada a la represión de la transcripción.
Los patrones de metilación se mantienen después de la replicación del ADN
Impresión o imprinting genómico
Controla la expresión de genes implicados en el desarrollo embrionario
La Metilación del ADN y la desacetilación de
Histonas están asociadas
Esquema general del control de la
expresión génica a nivel
Postranscripcional de genes
codificantes de proteínas
BindingDomain
ActivationDomain
Yeast 2-hybrid systemBindingDomain
ActivationDomain
Transcription factor
Cómo estudiar si dos proteínas pueden interactuar entre ellas
BindingDomain
ActivationDomain
BindingDomain
Prot1 ActivationDomain
Prot2
Yeast 2-hybrid systemBindingDomain
ActivationDomain
Transcription factor
BindingDomain
ActivationDomain
BindingDomain
Prot1 ActivationDomain
Prot2
Reporter GenePromoter Region
BindingDomain
Prot1Activation
Domain
Prot2 mRNA
Yeast 2-hybrid system
If Prot1 and Prot2 interact:
BindingDomain
ActivationDomain
Transcription factor