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Universidad Nacional
Autónoma de México
Curso de Genética y Biología Molecular
Licenciatura
Química Farmacéutico Biológica (1630)
Química en Alimentos (0144) (Optativa)
Facultad de Química
Dra. Herminia Loza TaveraProfesora Titular de Carrera
Departamento de BioquímicaLaboratorio 105, Edificio E
5622-5280
VII. REGULACIÓN DE LA
EXPRESIÓN GENÉTICA
• Objetivo general
– El alumno identificará los diferentes mecanismos
que operan en la regulación de la expresión
genética en procariontes y eucariontes
Objetivos particulares
El alumno... Conoci-
miento
Compren-
sión
Aplica-
ción
2. Regulación
genética en
eucariontes
2.1. Reconocerá la importancia de los eventos epigenéticos en
determinar la expresión génica y el fenotipo.X
2.2. Comprenderá los procesos de acetilación/desacetilación de
histonas como eventos que modifican la estructura de la
cromatina y la expresión génica.
X
2.3. Conocerá los efectos de la metilación del DNA sobre la
expresión génica.X
2.4. Conocerá las características de los factores de
transcripción y su papel en la regulación de la expresión
genética.
X
2.5. Conocerá el papel de las hormonas esteroides en la
regulación de la expresión genética.X
2.6. Conocerá la importancia del control post-transcripcional de
la expresión genética mediada por microRNAs.X
2.7. Reconocerá la biogénesis de los microRNAs, desde su
transcripción hasta la formación del RNA dúplex asimétricoX
2.8. Comprenderá los mecanismos de regulación post-
transcripcional mediados por microRNAsX
2.9. Aplicación técnica: Técnicas para evaluar la expresión
genética: Microarreglos, RT-PCR cuantitativo.X
El alumno identificara los
diferentes mecanismos que
operan en la regulación de la expresión genética en eucariontes
Objetivo general
Regulación genética en eucariontes
Development 2012 139: 397-410; doi: 10.1242/dev.065581
Desarrollo de meloncitos en relación con tejido nervioso
“Garantizar que el gen
correcto se active en la
célula correcta en el momento correcto”
Regulación genética en eucariontes
Los mecanismos de
regulación génica son los
encargados de la
diferenciación celular
Puntos de regulación de la expresión genética en eucariontes
Remodelación de la cromatina1.
Transcripción2.
Procesamiento de RNA3.
Estabilidad del 4. mRNA
Traducción5.
Modificaciones post6. -traduccionales
Reclutamiento de la maquinaria de transcripción en eucariontes
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
Remodeladores• de la cromatinaModificadores de •
nucleosomasFactores de •
transcripción basalesProteínas que •
estimulan el inicio y la elongación
Alteraciones en la estructura de la cromatina inducidas por los activadores
Watson et al., (2014) Molecular Biology of te Gene, 7th edición.
La expresión genética
en eucariontes
requiere de cambios
en el estado de
condensación de la cromatina
Desacetilasas de
histonas (HDACs)
Complejos
remodeladores de cromatina(SWI/SNF)
Acetilasas de histonas (HATs)
Código epigenético
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
Se llama la regulación epigenética a
la herencia de los patrones de
expresión génica en ausencia de una
señal de iniciación.
Silenciamiento transcripcional: formación de heterocromatina
Watson et al., (2014) Molecular Biología of te Gene, 7th edición.
Tinción de DAPI que muestra las regiones de
heterocromatina en el genoma de Arabidopsis
El silenciamiento es un efecto de posición. Un gen es silenciado por el lugar
donde se encuentra, no en respuesta a una señal ambiental.
Silenciamiento de un gen por metilación del DNA
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
En ocasiones un gen debe estar
completamente apagado, algunas
veces de forma permanente. Esto
se logra a través de la metilación
del DNA y modificación de los
nucleosomas locales.
5-metilcitosina
MeCP2
Estado no modificado de un gen
Los patrones de la metilación del DNA se mantienen a través de la división celular
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
Reclutamiento de la maquinaria de transcripción en eucariontes
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
Remodeladores• de la cromatinaModificadores de •
nucleosomasFactores de •
transcripción basalesProteínas que •
estimulan el inicio y la elongación
Regulación de la expresión genética a nivel
TRANSCRIPCIONAL
Activadores
Factores de transcripción basal
Coactivadores
Represores
Promotor Basal: secuencia de nucleótidos necesaria para la fijación de la
RNA polimerasa.
Secuencias reguladoras:
A) Intensificadoras (enhancers): secuencias que estimulan la transcripción
y cuya localización puede ser a miles de nts de distancia "río arriba o abajo"
del promotor
B) Silenciadoras (silencers): secuencias que inhiben la transcripción.
También pueden hallarse muy distantes del promotor.
Factores basales de transcripción: complejo proteico que interacciona con
el sitio promotor. Son esenciales para la transcripción pero no la pueden
aumentar o disminuir.
Factores específicos de la transcripción: complejo de proteínas
reguladoras que pueden ser activadoras o represoras.
A) Proteínas activadoras: interaccionan con las secuencias
intensificadoras del gen (enhancers).
B) Proteínas represoras: interaccionan con las secuencias silenciadoras
del gen (silencers).
Regulación de la expresión genética a nivel TRANSCRIPCIONAL
Regulación de la expresión genética de la levadura al humano
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
En los organismos multicelulares hay mas secuencias reguladoras en
un gen típico que reflejan la amplia integración de señales necesarias
para regular un gen determinado.
Los activadores son proteínas de unión a DNA
El dominio de unión a DNAy el dominio activador están separados o en polipéptidos
diferentes
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
El dominio activador es clasificado por su contenido de aminoácidos, ya que mantiene una función adhesiva
entre proteína - proteína
Los activadores tienen dominios de activación y de unión a DNA
separables
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
Experimento de cambio de dominio
Interacción de los dominios de unión a DNA con secuencias de DNA específicas
Los dominios de unión a DNA en eucarionte
son en su mayoría heterodímeros
Homeo-dominio Dedos de Zinc
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
La hélice de reconocimiento hace contacto con el surco mayor del DNA y reconoce pares de bases específicas. La otra hélice hace contacto con el esqueleto del DNA posicionando la hélice de reconocimiento adecuadamente y aumentando la fuerza de unión.
Interacción de los dominios de unión a DNA con secuencias de DNA específicas
Zipper de leucina Hélice-vuelta-hélice
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
Los aisladores bloquean la activación inespecífica de los promotores
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
Los activadores se unen de manera sinérgica y cooperativa para inducir la transcripción
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
Unión cooperativa a través de
la interacción directa
Efecto indirecto en el que la unión de una
proteína en el DNA dentro de nucleosomas
ayuda a la unión de una segunda proteína.
Los activadores se unen de manera combinatoria para inducir la transcripción
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
Cada gen tiene una combinación particular de intensificadores y silenciadores.
Genes distintos pueden compartir secuencias idénticas de intensificadores y
silenciadores, pero no existen dos genes que posean la misma combinación de estas secuencias reguladoras.
Los represores de eucariontes trabajan de distintas maneras
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
El represor Mig1 esta involucrado en el control
de los genes GAL de la levadura S. cerevisiae
Reclutamiento de la maquinaria de transcripción en eucariontes
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
Remodeladores• de la cromatinaModificadores de •
nucleosomasFactores de •
transcripción basalesProteínas que •
estimulan el inicio y la elongación
Proteínas que promueven el inicio o elongación de la transcripción
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
TFIIH
Regulación por hormonas
Los seres vivos coordinan
la regulación de la
expresión genética a
través de sistemas de
señalización complejos.
Las hormonas son
mensajeros químicos que
median las señales
intercelulares.
Tipos de hormonas
Componentes
Hormonas peptídicas
Cadenas cortas de amino
ácidos.
Hormas proteicas
Cadenas largasde amino
ácidos.
Hormonas esteroideas
Derivadas del colesterol.
Receptores a • estrógenos,
progesterona, testosterona
Receptores a glucocorticoides •
(cortisona, hidrocortisona,
dexametasona)
Receptores a • acido retinoico, y
Vitamina D
Regulación por hormonas
esteroideasLas hormonas esteroides son moléculas pequeñas derivados de
colesterol solubles en lípidos. Debido a su naturaleza lipídica, tienen
poco o ningún problema para pasar a través de las membranas
celulares.
Regulación de la expresión génica por
hormonas esteroideas La hormona interactúa con un receptor dentro de su célula blanco. En
este ejemplo, el receptor se encuentra en el citoplasma (receptor
nuclear tipo I), otros receptores de hormonas esteroides se encuentran
en el núcleo (receptor nuclear tipo II).
Principles of Genetics 6th Edition, D. Peter Snustad Michael J. Simmons 2012
1. Las hormonas esteroideas entran a la célula blanco y se unen con un receptor, el complejo del receptor de esteroides/hormona se mueve hacia el núcleo.
2. El complejo hormona/receptor de esteroides se une al elemento de respuesta a hormona en el DNA.
3. La unión del complejo estimula la transcripción.
4. El mRNA transcrito es procesado y transportado al citoplasma.
5. El mRNA es traducido a proteínas.
Receptor a Glucocorticoides (GR)
Receptor a Glucocorticoides (GR)
El ligando que estimula
(cortisol) es liposoluble
y entra a la célula.
El GR se encuentra en
complejo inactivo con
Hsp y es liberado por el
ligando.
Entra a núcleo donde
se dimeriza y actúa
sobre sus elementos de
respuesta estimulando
la transcripción de
genes específicos.
Las hormonas peptídicas y las hormonas proteicas son péptidos o
proteínas que tienen un efecto sobre el sistema endocrino de los animales.
Las hormonas peptídicas son solubles en agua y actúan en la superficie de
las células diana a través de segundos mensajeros, para transmitir el
mensaje a través de las membranas plasmáticas de las células blanco
para regular la expresión de genes en el núcleo.
Regulación por hormonas
peptídicas
Regulación de la expresión génica por
hormonas peptídicas
Principles of Genetics 6th Edition, D. Peter Snustad Michael J. Simmons 2012
1. La hormona (una señal extracelular) se unen a un receptor en la membrana de la célula blanco.
2. El complejo hormona/receptor activa una proteína citoplasmática.
3. La proteína citoplasmática activada desencadena una cascada de cambios que transmiten la señal en el núcleo.
4. La señal induce que un factor de transcripción se una al DNA.
5. El factor de transcripción unido al DNA estimula la transcripción de genes particulares.
6. El mRNA transcrito es procesado y transportado al citoplasma.
7. El mRNA es traducido a proteínas.
Regulación de la expresión génica por
hormonas peptídicas
El RNA no es sólo funcional como un mensajero entre el DNA y las proteínas, también participa en la regulación de la expresión génica.
Regulación de la expresión por RNAs
Presencia de RNA de doble cadena •
(por virus, RNA anti- sentido, etc.)
Se generan siRNAs de • 21 nt por
corte con DICER
Se forma RISC cargado con siRNA •
y varias proteínas incluyendo
ARGONAUTA
RISC dirige el siRNA a su mRNA •
blanco con el cual forma
complementariedad PERFECTA y
promueve el corte y degradación
de este mRNA
Regulación por siRNAs
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
Los miRNAs se transcriben por •
la RNA polimerasa II como
transcritos primarios y son
procesados por DROSHA en el
núcleo
Luego son exportados al •
citoplasma y son cortados por
DICER a tamaño de 21 nt
Los miRNAs son tomados por •
RISC con ARGONAUTA y son
dirigidos a sus mRNA blanco
con los cuales muestran
complementariedad
IMPERFECTA generalmente en sus regiones 3’UTR
RISC cargado con miRNAs •
dirige la inhibición traduccional
de los mRNAs blanco
Regulación por miRNAs
Watson et al., (2014) Molecular Biology of the Gene, 7th edition.
Control transcripcional
Factores de • transcripción
Grado de • condensación de la
cromatina
Grado de • metilación del ADN
Control post-transcripcional
Splicing alternativo
Capping
Poliadenilación
Control transporte del mRNAMecanismos que determinan si el
mRNA maduro sale o no a citosol
Control traduccional
Mecanismos que determinan si el
mRNA presente en el citosol es o no
traducido
Control de la degradación del mRNAMecanismos que determinan la
supervivencia del mRNA en el citosol
Control de la actividad proteica
Mecanismos que determinan la
activación o desactivación de una
proteína, así como el tiempo de
supervivencia de la misma
Resumen
