108981242 8 Regulacion de La Expresion Genica en Eucariotas

7/30/2019 108981242 8 Regulacion de La Expresion Genica en Eucariotas

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Transcripcin

Diferencias eucariotas - procariotas


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Diferencias eucariotas - procariotas

Caracterstica Procariota Eucariota

Promotor Cajas y zona operadora Solo cajas

Cistrn Policistrones Monocistrones

RNA

polimerasauna sola, con 5 subunidades

distintas 3 ARN polimerasas.

EstabilizacinEl ARN recin 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 alpromotor

ARN pol, necesita la presencia de protenas deiniciacin, que se unan antes que ella al ADN.

Intrones No tiene Tiene y se eliminan mediante splicing (corte yempalme).


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ARN polimerasa en eucariotas

El ncleo de las clulas eucariotas posee 3 ARN polimerasas:

RNA polimerasa I se encuentra en el nuclolo (transcribe

genes que codifican para RNA ribosmicos.

RNA polimerasa II y III se localizan en el nucleoplasma.


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RNA

Polimerasa

Localizacin Producto Sensibilidad a

-amanitina

RNA Pol I Nuclolo rRNAs 28S,

18S, 5.8S

insensible

RNA Pol II Nucleoplasma mRNAs,

miRNAs

snRNA

Muy sensible

RNA Pol III Nucleoplasma tRNAs, rRNA5S, algunos

snRNAs

Sensibilidadintermedia


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Comparacin de las estructuras tridimensionales de

las RNA polimerasas eucariotas y bacterianas


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Comparacin esquemtica de la estructura de las

RNA polimerasas eucariotas y bacterianas

El extremo carboxilo

terminal de la subunidadms grande de la RNA pol II

(RPB1) contiene un

segmento repetido de 7

aminocidos (CTD).

La fosforilacin de CTD es

importante para latranscripcin y el

procesamiento del ARN.


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Promotores reconocidos por la RNA polimerasa II

Promotor mnimoRegin comprendida a ambos lados del sitio de inicio de la

transcripcin. Se une el aparato de transcripcin basal. Caja

TATA (-25-30) (TATAAA); inicio de la transcripcin

(YYYAN(T/A)YY). Determina una transcripcin basal

BRE: Elemento Reconocedor de TFIIB

DCE: Elementos del Promotor Mnimo ubicados Corriente Abajo


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Promotor reguladorRegin comprendida corriente arriba al promotor mnimo (-

200 pb o ms lejos). A estas secuencias se unen factores detranscripcin especficos que determinan una transcripcin

eficiente y regulada del gen. La localizacin y organizacin de

estos mdulos es variable.

Caja CG: Factor de transcripcin Sp1.

Caja CCAATT: CTF


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CpG island

approx. -100 to -1


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Promotor reconocido por la RNA polimerasa I

Los promotores de los genes transcriptos por RNA pol I no

estn tan bien conservados en su secuencia entre diferentes

especies. Pero su arquitectura general s est bien

conservada.

Consiste en dos elementos: un elemento central que

contiene al sitio de inicio de la transcripcin.

Un elemento corrientearriba (UPE), aproximadamente -100 pb ms alejado. La

distancia entre estos dos elementos es importante para el

reconocimiento por los factores de transcripcin.


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Promotores reconocidos por la RNA polimerasa IIIExisten tres clases de promotores diferentes en los genes transcriptos por

RNA pol III. Dos de stos 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

unin a el factor SNAP.


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Secuencias Activadoras y represoras de la

Transcripcin que no forman parte del promotor

El primer enhancer fue descubierto en la regin 5del gen de expresin

temprana del virus SV40

Las secuencias estimuladoras o enhancers son secuencias que se

encuentran distantes del promotor e incrementan la transcripcin 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 orientacin.

Tienen una estructura modular, con diferentes secuencias cortas de ADN.Regulan la expresin gnica especifica tisular y temporal.

Actan a distancia mediante la unin de factores de transcripcin

especficos.

Algunos pueden actuar como represores cuando son reconocidas por

protenas represoras.


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Las tres RNA polimerasas eucariotas necesitan de

otras protenas para iniciar la transcripcin

Factores de transcripcin basales o generales: se unen al promotor

mnimo para iniciar la transcripcin.

Se requieren 6 TFII para que la RNA polimerasa II inicie la transcripcin.

Al menos in vitro, se unen en un orden especfico para formar el complejo

de preiniciacin


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TFIIA

No es tan importante, al menos para la transcripcin

in vitro.

Quizs ayude a la unin de otros factores al

complejo de iniciacin.


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TFIID

TFIID se compone de TBP (protena de unin a caja TATA )

Reconoce al promotor

Recluta a TFIIB

Adems est formado por otros 13 polipptidos denominados TAF (Factores Asociados a TBP)

TBP es un Factor de Transcripcin universal ya que tambin es requerida para la transcripcin de

genes transcriptos por las otras RNA polimerasas.


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La unin de TBP al ADN induce unacurvatura en el mismo


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TFIID puede reconocer promotores queno tienen caja TATA


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TFIIB

TFIIB acta como puente entre la RNA polimerasa II y TBP.

Ayuda a que la RNA pol II seleccione el sitio de inicio de la transcripcin

Recluta al complejo TFIIF-PoI II.

Bajo ciertas condiciones (presencia de BRE en el promotor), la RNA pol IIjunto a TFIID y TFIIB pueden formar un complejo de iniciacin mnimo.Para la mayora de los promotores, sin embargo, se necesitan de TFIIE,

TFIIF y TFIIH.


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TFIIF

Recluta a RNA polimerasa II

Posiciona a la RNA Polimerasa II sobre el sitio de inicio de latranscripcin


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TFIIE

TFIIE es un heterotetrmero

(a2b2)

Crea un sitio de anclaje para el

prximo Factor deTranscripcin (TFIIH).

-Modula la actividad enzimtica

de TFIIH.

Favorece la apertura delpromotor.


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TFIIH

TFIIH es una protena multimrica compuesta de 9 subunidades, algunas

de ellas con distintas actividades enzimticas.

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 enlongacin.


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La fosforilacin de la RNA polimerasa II en CTDpermite que escape del promotor.

Los factores de Transcripcin Generales sonliberados.


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Inicio de la Transcripcin (Complejo de Preiniciacin)

en genes cuyos promotores no poseen Cajas TATA


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Unin de la RNA polimerasa III apromotores Internos


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El Complejo Mediador y la RNA polimerasa II


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La RNA polimerasa II no aade

nucletidos de manera eficaz por si

sola. Para que esto ocurra se requieren

de Factores de Enlongacin

Existen secuencias llamadas sitios depausa, en los que la RNA Pol II se

detiene.

Los Factores de Enlongacin:

TFIIF limita la pausa que

producen estas secuencias evitando ladisociacin 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


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Protenas reguladoras

La expresin gnica es controlada por protenas activadoras o

represoras que se unen de manera especfica a secuencias del

DNA.

Generalmente se unen como dmeros y reconocen secuencias

especficas mediante la insercin de una hlice en el surco

mayor, a travs del cual tienen acceso a las bases del DNA .

Surco

menor

Surco

mayor


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Las protenas reguladoras presentan dos Dominios

proteicos:

Dominio de unin al ADN

Dominio de Activacin de la Transcripcin


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Dominio de unin al ADN

Se encuentran en este dominio, diferentes

motivos de unin al ADN.

Motivo hlice giro hlice

Motivo de homeodominio

Motivo de dedos de ZincMotivo en cremallera de leucina

Motivo en hlice bucle hlice


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Motivo de homeodominio

Las protenas con homeodominio estn en todos los eucariotas, incluso en levaduras.

Consiste en tres hlices; la segunda y la tercera forman una estructura semejante a el

motivo hlice-giro-hlice.

La hlice 3 es la de reconocimiento, que interacciona con la bases a travs del surco

mayor.

En la mayora, el extremo N-terminal interacta con el ADN a travs del surco menor.

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Motivos que contienen Zinc

Hay varios motivos, en los dominios de fijacin al ADN, que contienen Zinc:

Dedos de Zinc clsicos (TFIIIA y Sp1)Mdulos de Zinc (Receptor de glucocorticoides y receptores nucleares)

Mdulos que contiene dos iones Zinc y 6 Cistenas (Protena 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 hlice que interacciona con el surco mayor.


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Motivo en Cremallera de Leucina

Leucina

Este motivo combina superficies de dimerizacin y de unin al ADN en una sola unidadestructural.

Las dos hlices largas, una en cada monmero, forman un dmero a travs de una regin

rica en leucinas (aminocido hidrfobo).

Los dmeros pueden ser homo o heterodmeros.

Cada hlice se inserta en el surco mayor.


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Motivo en Hlice Bucle Hlice

Al igual que en la cremallera de leucina, una regin en hlice de cada monmero se

inserta en el surco mayor del ADN.

La regin de dimerizacin est formada por otra hlice separada de la anterior por un

bucle flexible.

Ejemplo: Factor de

Transcripcin MyoD


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Dominio de activacin de la transcripcin

A diferencia de los dominios de fijacin, las regiones

activadoras no siempre poseen estructuras bien

definidas. Se agrupan segn el contenido de aminocidosen:

Regin activadora acdica (Gal 4)

Regin activadora ricas en glutamina (Sp1)Regin activadora ricas en Prolina (CTF1)


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Receptores Nucleares

Contienen dodos de Zinc en el Dominio de Unin

al ADN

Adems del dominio de Activacin deben tener

otro Dominio que le permita unirse a una

hormona. As se convierten en ProtenasActivadoras que pueden unirse a un enhancer o

a un Elemento de Respuesta a Hormona HRE).

Receptores Tipo I

Inactivos en el citoplasma (Receptor de Glucocorticoide)

Receptores Tipo II

Inactivos en el ncleo (Receptor de hormona tiroidea)

Receptores Tipo III (Receptores Huerfanos)


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El Receptor de Glucocorticoides se encuentra inactivo en el citoplasma

unido a una protena Hsp90. Cuando se une a la hormona, se produce un

cambio conformacional; se disocia de Hsp90.

Las interacciones entre Factores de


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Las interacciones entre Factores de

Transcripcin incrementan las opciones del

Control en la Expresin Gnica

Posibles combinaciones entre 3 Factores de Transcripcin que pueden formar Dmeros

L i lifi d l l i d d 50 200 d


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Las secuencias amplificadoras suelen tener una longitud de 50 a 200 pares de

bases e incluye sitios de unin para varios Factores de Transcripcin.

La unin de los activadores es cooperativa porque:

-Interactan entre s

-La protena HMG-1 se une al amplificador contribuyendo a la unin

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 Interfern b. Este complejo entra en contacto con la maquinaria

de transcripcin, activando la transcripcin de este gen.


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La Transcripcin puede reprimirse de diferentes maneras


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Aisladores: estas secuencias de ADN controlan las

acciones de los activadores. Actan bloqueando la

comunicacin entre las protenas activadoras y la

maquinaria de transcripcin.


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Represin por el reclutamiento de modificadores de las histonas


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Modificacin de la estructura de la cromatina

Protenas HGM (de gran movilidad)HGMA

HMGB

HMGN

Modificaciones de las histonas

Reorganizacin de nucleosomas


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Modificaciones covalentes en las colas de las Histonas

Lusser Curr Opin Plant Biol5:437;2002Turner, BM Cell 2002

Regulacin de la expresin gnica mediante modificaciones


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Regulacin de la expresin gnica mediante modificaciones

en la estructura de la cromatina

Las protenas activadoras tambin pueden reclutar, adems de la maquinaria de


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Las protenas activadoras tambin pueden reclutar, adems de la maquinaria de

transcripcin, a los Factores remodeladores de la cromatina (SWI/SNF). Estos tienen

homologa a helicasas. Permitiran que los nucleosomas se disocien del ADN y se

deslicen, facilitando la unin de Factores de Transcripcin al ADN.


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Metilacin del ADN

La metilacin del ADN es otro mecanismo general que

controla la transcripcin en eucariotas

El ADN es metilado especficamente en las C que preceden a las G en el ADN.

La metilacin est asociada a la represin de la transcripcin.

Los patrones de metilacin se mantienen despus de la replicacin del ADN


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Impresin o imprinting genmico

Controla la expresin de genes implicados en el desarrollo embrionario


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La Metilacin del ADN y

la desacetilacin deHistonas estn asociadas


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Esquema general

del control de la

expresin gnica a

nivelPostranscripcional

de genes

codificantes de

protenas

Yeast 2-hybrid systemTranscription factor


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Binding

Domain

ActivationDomain

Yeast 2 hybrid systemBinding

Domain

Activation

Domain


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Cmo estudiar si dos protenas pueden interactuar entre ellas



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Binding

Domain

ActivationDomain

Binding

Domain

Prot1 ActivationDomain

Prot2

Yeast 2 hybrid systemBinding

Domain

Activation

Domain



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Binding

Domain

ActivationDomain

Binding

Domain

Prot1 ActivationDomain

Prot2

Binding

Domain

Prot1Activation

Domain

Prot2 mRNA

Yeast 2 hybrid system

If Prot1 and Prot2 interact:

Binding

Domain

Activation

Domain

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