14-04-2014
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Química Fisiológica y Patología Integrada I
Biología Molecular, Genética y ProteínasClase I
Mario Chiong
Estructura de un gen
PROMOTOR GEN ESTRUCTURAL TERMINADOR
+1-1
Río abajo (down stream)
Río arriba (up stream)
Se anota sólo la hebra codificante
hebra codificante
hebra no codificante
mRNA
1 ctggggctgc tgtcctaagg cagggtggga actaggcagc cagcagggag gggacccctc 61 cctcactccc actctcccac ccccaccacc ttggcccatc catggcggca tcttgggcca 121 tccgggactg gggacagggg tcctggggac aggggtccgg ggacagggtc ctggggacag
1 MALWMRLLPL LALLALWGPD PAAAFVNQHL GSHLVEALYL VCGERGFFYT PKTRREAEDL 71 QVGQVELGGG PGAGSLQPLA LEGSLQKRGI VEQCCTSICS LYQLENYCN
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Cambios en el genoma
El genoma humano no es estático
Alteración cromosómica, ej. polisomías, aberracciones cromosómicas.
Inserción y deleción de genes.
Mutaciones de baja escala que producen, alteración de promotores, alteración procesamiento mRNA, alteración estructura proteína, alteración actividad enzimática, alteración estabilidad proteína, etc.
Polimorfismos
Alteraciones cromosómicas
• Pérdida o ganancia de cromosomas
• Ruptura de cromátidas
• Re‐arreglos de cromátidas
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Tipo de mutaciones
Nomenclatura de las mutaciones
En secuencia de DNAA28C = Adenina de la posición 28 es
reemplazada por una citosina.G‐345A = Guanina de la posición ‐345 es
reemplazada por una adenina. En secuencia de proteínaK112T = Lisina de la posición 112 es
reemplazada por una treoninaW24G = Triptofano de la posición 24 es
reemplazada por una glicina.
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Estudios Genéticos
• Pedigree
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Ejemplos de enzimopatías
Condición Enzima con actividad deficienteAlbinismo Tirosinasa
Deficiencia de aldosterona 18-Hidroxidehidrogenasa
Alcaptonuria Ácido homogentísico oxidasa
Angioqueratoma, difusa (Enfermedad de Fabry)
Ceramida trihexosidasa
Apnea, inducida por droga Pseudocolinesterasa
Ataxia, intermitente Piruvato decarboxilasa
Citrulinemia Ácido argininosuccínico sintetasa
Síndrome Crigler-Najjar Glucuronil transferasa
Sindrome Ehlers-Danlos, tipo V Lisil oxidasa
Farber lipogranulomatosis Ceramidasa
Enfermedad de Lesch-Nyham Hipoxantina fosforibosil transferasa 1
Fenilalanina hidroxilasa Fenilcetonuria
Gota• Alteración del metabolismo de las
purinas. Acumulación de ácido úrico.• Incidencia 800 : 100.000• Aparece más temprano en varones• Se asocia de obesidad, dislipidemia y
diabetes.• Causas: Aumento en la ingesta de
carnes rojas, falla en la eliminación renal.
• Tratamiento: alopurinol
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Enfermedad de Lesch‐Nyham• Enfermedad hereditaria ligada al cromosoma X causada por una deficiencia
en la hipoxantina‐guanina fosforibosiltransferasa (HPRT)
• Existe acumulación de ácido úrico en todo el cuerpo causando gota severa, falla en el control muscular, y retardo mental moderado
• Incidencia: 1: 380.000
• Tratamiento: alopurinol
Inmunodeficiencia combinada severa
• En células con deficiencia en la adenosina deaminasa hay acumulación de desoxiadenosina y conversión de desoxiadenosina a dATP.
• Hay muy bajos niveles de ácido úrico.• La acumulación de estos dos metabolitos
afectan la proliferación de linfocitos.• La función alterada de los linfocitos
produce una grave inmunodeficiencia.
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Degradación de proteínas intracelulares
SISTEMA LISOSOMAL
Endosomas - lisosomas
SISTEMA UBIQUITINA
Ubiquitina - proteasoma
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Ubiquitina
MQ
I F V K T L T
G K T I
T L E V E P S
D T
I E N V K
A K
I Q D K E G I
P P
D Q Q R L
I F
A G K
Q L E D G R
T L
S D
Y N I Q K
E S
T L
H L V L R L R
G G
Mecanismo de ubiquitinación
E1 E1ATP AMP+ PPi Ub
Ub
E2 E2 Ub
E3 E3
Ub
Ub Ub
Sustrato
Ub
E4
Enlace K48Enlace no K48Mono, multi-mono
Inactivación, activación, relocalización
Degradación por elproteasoma
E1 – Enzima activadora de ubiquitina E2 – Enzima conjugadora de ubiquitina
E3 – Ubiquitina ligasa
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Sistema Ubiquitina – ProteosomaDegradación de Proteínas
Desplegamiento
Translocación
Proteolisis
Reconocimiento
Desubiquitinación
Proteosoma 26S
ACTIVIDAD ENZIMÁTICATIPO QUIMOTRIPSINATipo tripsinaPeptidilglutamil hidrolasa
Proteína
Degradación
Agregación
Sistema Ubiquitina‐Protesoma y Enfermedad de Parkinson
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Autofagia
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Autofagia y Enfermedades
• Es la proporción de individuos que expresan un fenotipo, cuando todos tienen el genotipo que expresa el fenotipo.
Penetrancia
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• Cambios en la función de genes que son mitóticamente y/o meióticamente heredables y que no involucra un cambio en la secuencia de DNA.
Epigenética
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Mecanismos Epigenéticos
• Metilación y acetilación de histonas
• Metilación del DNA
• Regulación de la expresión génica a través de RNAs no codificantes
• Mecanismos basados en proteínas de priones
Modificación de Histonas
• Complejos HAT (histonas acetil transferasas)
• Complejos HDAC (histonas de‐acetilasas)
• Complejos HTM (histonas metiltransferasas)
• Complejos HDM (histonas demetilasas)
• Histonas Ser/Thr proteínas kinasas (fosforilación de histonas)
• Histonas proteínas fosfatasas (defosforilación en Ser/Thr de histonas)
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Regulación de la Expresión Génica por Acetilación de Histonas
Regulación de la Expresión Génica por Metilación de Histonas
Berstein et al. Cell 2007; 128:669-81.
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Mecanismos Epigenéticos
• Metilación y acetilación de histonas
• Metilación del DNA
• Regulación de la expresión génica a través de RNAs no codificantes
• Mecanismos basados en proteínas de priones
Metilación del DNA
• En mamíferos, el ~1% del DNA tiene metilación en el carbono-5 de la citosina (5-metilcitosina).
• Ocurre más frecuentemente en los dinucleótidos 5’-CpG-3’ (~70% de todos los CpGs).
Herman, y Baylin. NEJM 2003:349; 2042-54.
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• Regiones (500-1 kb) de alto contenido de G+C.
• Relativamente sin metilación.• ~60% de los promotores de la RNA Pol II de
mamífero se encuentran en las islas CpG.
Islas CpG
Herman y Baylin. NEJM 2003:349; 2042-54
Maquinaria Celular de Metilación de DNA
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Regulación de la Expresión Génica por Metilación del DNA
MBD = Dominios de metilación del DNATRD = Dominios de regulación de la transcripciónHDAC = Histona deacetilasas
Sweatt JD. Biol Psychiatry 2009; 65:191-97.
Aberraciones en la Metilación
Estellar, M. Nat Rev Genet 2007; 8: 286-98.
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Maquinaria involucrada
• Drosha y Pasha son parte del complejo proteico “Microprocessor” (~600‐650kDa)
• Drosha y Dicer son enzimas RNasa III
• Pasha es una proteina que une dsRNA
• Exportina 5 es una carioferina (“karyopherin”, factor de transporte nucleocitoplasmático) que requiere Ran y GTP
• Argonautas son enzimas RNasa H
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Diferentes modos de acción de miRNA
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