Regulación expresión génica: Genes Homeoticos
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Regulación expresión génica: Genes Homeoticos
19-05-2014
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CIENCIAS - BIOLOGÍA
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1. ¿Cuál de las características que posee el modelo de ADN propuesto por Watson y Crick permitió dilucidar inmediatamente la replicación de ADN?
a) La direccionalidad antiparalela entre ambas cadenas que componen el ADN.b) La formación de un enlace fosfodiéster en el azúcar y fosforo.entrec) La complementariedad de bases nitrogenadas.d) La forma helicoidal de la hebra de ADN.e) Ninguna de las anteriores.
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1. ¿Cuál de las características que posee el modelo de ADN propuesto por Watson y Crick permitió dilucidar inmediatamente la replicación de ADN?
a) La direccionalidad antiparalela entre ambas cadenas que componen el ADN.b) La formación de un enlace fosfodiéster en el azúcar y fosforo.entrec) La complementariedad de bases nitrogenadas.d) La forma helicoidal de la hebra de ADN.e) Ninguna de las anteriores.
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2. Si durante la replicación de ADN no se cometieran errores, tendríamos que:
I.Todos los organismos vivos de una misma especie serían iguales entre sí.II.No ocurrirían mutaciones espontáneas.III.Habría menor variabilidad entre los organismos.a) I.b) II.c) III.d) I, II.e) II, III
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2. Si durante la replicación de ADN no se cometieran errores, tendríamos que:
I.Todos los organismos vivos de una misma especie serían iguales entre sí.II.No ocurrirían mutaciones espontáneas.III.Habría menor variabilidad entre los organismos.a) I.b) II.c) III.d) I, II.e) II, III
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¿Cuál de las siguientes aseveraciones de la ADNpolimerasa III es incorrecta?a) La ADNpolimerasa III sólo sintetiza con dirección 3’ a 5’.b) La ADNpolimerasa III es una enzima que cataliza la reacción de polimerización de losdexosirribonucleótidos.c) Para poder replicar necesita poseer un OH libre en la pentosa.posed) Actúa en conjunto con la ligasa y la ADNpolimerasa I para la replicación de la hebraretrasada.e) Todas las alternativas anteriores son correctas.
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Plano segmentario
Genes del desarrollo
Regulacion genica
Genes Homeoticos
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Los genes homeóticos codifican proteínas que se unen al ADN y cuya función es activar a otros genes. Todos contienen una secuencia muy conservada de 180 nucleótidos, llamada caja homeótica.
Ésta se traduce en una región de 60 aminoácidos dentro de la proteína que codifican, el llamado homeodominio, que permite la unión de esta proteína reguladora a la doble hélice del ADN
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Se han identificado distintos tipos de genes con caja homeótica: los genes Hox, los genes ParaHox y los genes NK. En vegetales se han localizado genes homeóticos como los genes con cajas MADS de Arabidopsis que controlan el desarrollo floral.
León Patricio Martínez-Castilla, 13407–13412 PNAS ; 2003
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Fundamento la duplicacion genica induce a la variacion ; La nueva estructura de estos genes derivados de duplicaciones parciales y quiméricas los predispone para tomar trayectorias evolutivas distintas desde un principio es decir codifican una funcion diferente.
En el caso de Arabidopsis la duplicacion genica sugiere que se originaron de un ancestro comunSometido a presion de selección dando origen mediante eventos de duplicacion genica a nuevasVariantes de floracion en donde se invlucran los genes MADS
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Un gen homeótico es un gen que interviene en el programa de desarrollo que determina lalocalización de órganos a lo largo del eje antero-posterior. La determinación del eje anterio-posterior (cabeza-cola) del embrión constituye la piedra angular del desarrollo porque proporciona un línea central a lo largo de la cual se desarrollará el resto de las estructuras.
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anterior posterior
dorsal
ventral
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CASCADA DE REGULACIÓN DE GENES QUE CONTROLAN EL DESARROLLO DEL PATRÓN ÁNTEROPOSTERIOR EN
DROSOPHILA
Genes efectores maternos(bicoid+, nanos+)
Genes pair-rules (hairy+, fushi tarazu+)
Genes gap(hunchback+, Krüppel+)
Genes realizadores(connectin+)
Genes de polaridad segmentada(engrailed+, wingless+)
Genes homeóticos(Antennapedia+, Ultrabithorax+)
Rol temporario
primeros genes con patrón periódico
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Factores de transcripción que actúan como gradientes de morfógenos
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DESARROLLO DORSO VENTRAL
actividad polarizante generada por las células foliculares ventrales
• activación de un ligando por la actividad polarizante ventral• unión localizada del ligando a un receptor distribuido por todo el huevo.
transporte de la proteína dorsal (gen materno) dependiente de la activación de un receptor ventrala mayor activación del receptor, mayor cantidad de proteína dorsal.
dorsal = factor de transcripción• inhibe la expresión de ciertos genes, restringiendo su expresión a la zona dorsal• activa otros genes en la zona ventral
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El fenotipo dorsal dorsal
ventral
proteína dorsal morfógeno
Establecimiento de la polaridad dorso-ventral y lateral
larva blastodermo
proteína dorsal ausente
proteína dorsal presente en todo el embrión
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Una mutación homeótica provoca la sustitución de una parte del cuerpo por una estructura cuya ubicación normal correspondería a otro sitio.
En la figura, las moscas mutantes bitorax tienen un par de alas adicionales en el sitio donde normalmente debería estar unos pequeños apéndices llamados estabilizadores.
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Cuando se comparan los genes homeóticos de la mosca con los del ratón se encuentran grandes homologías de secuencias.
Esto hace pensar que durante la evolución los insectos y los vertebrados heredaron genes homeóticos desde un ancestro común.
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GENES HOMEOTICOS
otros factores de transcripción proteínas secretadas de señalización intracelular
moléculas de adhesión celular
control de la expresión
genes realizadores
• Especificación de los rasgos particulares de cada segmento Patrón regional de expresión
Combinación de genes + mosaico de células que expresan cada gen
• Inicio de la transcripción previo a la formación de blastodermo.
• Activados por genes gap.• Permanecen activados durante todo el desarrollo, hasta la etapa de pupa.• Interacción entre ellos.• genes homeóticos = factores de transcripción= Proteina que se une al ADN Y regulan•La expresion de genes desde el nucleo. Se activan por señales citoplasmaticas.
Etiquetas moleculares que indican las estructuras que se formarán en cada segmento. Su expresión depende la expresión correcta de los genes anteriores en la cascada.
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Localización cromosomal y dominios de expresión de los genes homeóticos en Drosophila
labial+ (lab+)
Deformed+ (Dfd+)
Sex combs reduced+ (Scr+)
Antennapedia+ (Antp+)
Ultrabithorax+ (Ubx+)
abdominal A+ (abd-A+)
Abdominal B+ (Abd-B+)
Complejo Antennapedia
Complejo Ultrabithorax
Están agrupados en el 3° cromosoma en dos regiones.Complejo Antennapedia: parasegmentos anterioresComplejo bithorax: parasegmentos posteriores
lab+ Dfd+ Scr+ Antp+ Ubx+ abd-A+ Abd-B+
3’ Complejo Antennapedia Complejo bithorax 5’
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Secuencia aminoacídica de los homeodominios
Evolución del complejo homeoboxUnión del homeodominio al DNA
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Comparación entre los genes homeobox de Drosophila y de ratón
• Ubicación coincidente con el orden físico real dentro de los cromosomas.• Los genes pueden ser alineados, de modo que cada columna representa una subfamilia con los genes de mayor similitud entre sus homeodominios.
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Transformaciones homeóticas en ratones KO para Hoxc-8
Ratón normal (26 vértebras):• 7 vétebras cervicales• 13 (8-20) v. torácicas con 8 costillas, la última flotante• 6 (21-26) v. lumbares
Ratón KO:• la vértebra 21 v. Torácica• la costilla 8 está unida al esternón• aparición de un elemento extra en el esternón para la uníón de la costilla 8
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Expresión de XlHbox 1• renacuajos• acumulación de la proteína en el tronco anterior
Inyección de anticuerpos anti- XlHbox 1
El embrión carece de la parte anterior de la médula espinal.En su lugar, se desarrolla cerebro posterior.
La ausencia de la proteína XlHbox 1 causa la transformación hacia estructuras anteriores
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Ratón que sobreexpresa Hoxa-7:proatlas vértebra. no hay eje, ni densa y aparece un disco intervetebral extra
Ratón normal:proatlas base del occipital + vétebra cervicalprevértebras C1 y C2: atlas, densa y eje
La sobreexpresión de genes homeóticos produce un fenotipo característico de estructuras posteriores
Desarrollo de las vértebras cervicales
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¿Qué es un gen homeótico?
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otros factores de transcripción proteínas secretadas de señalización intracelular
moléculas de adhesión celular
control de la expresión
genes realizadores
genes homeóticos = factores de transcripción
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Jerarquía de adhesividad
Hipótesis de adhesión diferencial
condrocitos
hepatocitos
miocitos
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LAS CÉLULAS DIFIEREN EN SU AFINIDAD POR OTRA CÉLULA
moléculas de adhesión al sustrato (SAMs)
moléculas de adhesión celular (CAMs)
membrana plasmática
moléculas de cell junction
• Conectan células entre sí.• Se forman lentamente y son uniones muy estables
DesmosomasTight junctions (barrera)Gap junctions (pequeños canales que permiten el paso de señales químicas . Ej.
Epitelio intestinal)
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• tipo inmunoglobulinas (NCAM)• cadherinas (dep. de Ca2+)• lectinas y enzimas
CAMs unión homotípicaheterotípica
citoplasma
dominio citoplasmático
dominio transmembrana
proteína linker
proteína de citoesqueleto
dominio de unión
membrana citoplasmática
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IMPORTANCIA DE LOS LIMITES
prevenir la mezcla de diferentes tipos celulares. disminución de la transferencia de señales en tipos celulares contrlolados por distintos genes. líneas con una adhesión celular altamente reversible para facilitar los movimientos morfogenéticos.
MOVIMIENTO MORFOGENÉTICO
“tironear” hacia los nuevos sitios despegarse del sitio de adhesión anteriror adhesión al nuevo sustrato acoplamiento del citoesqueletos al sitio de adhesión
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genes selectores
señales intracelulares
morfogénesis
movimientos celulares
otras células
síntesis de CAMs
adhesión célula-célula
señales intracelulares
genes de las CAMs
interacciones entre CAMs
control transcripcional
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Las CAMs son controladas por genes Hox
Plásmido reportero: CAT + promotor y enhancer de NCAM
Plásmido efector: Hoxb-8 y Hoxb-9
Las CAMs controlan la expresión de genes
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MATRIZ EXTRACELULAR
Materia intersticial ssintetizada por las células y secretada por exocitosis• sostén.• influye en diversas funciones celulares (división, movimiento, diferenciación).• reservorio de factores de crecimiento.• actúan como factores de crecimiento.
Glicoproteínas
glicosaminglicanos
(azúcares)
colágenoFibronectinalamininaotras
unidos a un core proteico proteoglicanossolos
gran carga negativa atraen moléculas de agua gel
proteínas fibrilares forman mallas
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¿Cómo se entera la célula del tipo de ECM que la rodea?
proteoglicanosdiversas proteínasintegrinas
- héterodímeros -- proteínas trans-membrana CAMs- secuencia de las moléculas de la ECM que reconocen: RGD
RECEPTORES
Las células expresan diferentes repertorios de receptores y están expuestas a variadas ECMs a lo largo del desarrollo
Adhesión diferencial
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genes selectores
señales intracelulares
morfogénesis
movimientos celulares
otras células
factores de crecimiento
síntesis de SAMs
adhesión célula-ECM
señales intracelulares
genes de las SAMs
síntesis de ECM
control transcripcional
Plásmido reportero: CAT + promotor y enhancer de tenascina
Plásmido efector: Hox a-6
fibroblastos 3T3 cotransfectados
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Cambio en la masa del organismo
Hiperplasia: incremento en la masa, por división celular
Muerte celular
Hipertrofia: incremento en la masa,sin división celular
Distrofia
Crecimiento por adición de matriz extracelular
Regulación interna: crecimiento potencialgenotipohistoria previa del desarrollo
externa factores de crecimiento: acción local, parácrina o autócrinahormonas: producidas en glándulas endócrinas y
transportadas por sangre
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determinantes intrínsecos de crecimiento
Balance entre señales positivas y
negativas
moléculas inhibitorias
moléculas promotoras
+
-
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¿Para qué sirven los límites?
¿Cuáles moléculas son claves en el establecimiento de los mismos?