Regulación de la Expresión Genética

Facultad de Química, UNAM
1630 Genética y Biología Molecular
Regulación de la Expresión
Genética
Unidad 8
En el flujo de la información desde DNA hasta una proteína
activa, hay varios pasos regulatorios.
Eucariontes
Procariontes
... si no hay síntesis del RNAm,
el resto de los pasos y la
regulación no pueden operar.
Proteína
Activa
La regulación a nivel
transcripcional es la más
importante cuando se habla de
regulación de la expresión
genética.
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GENES CONSTITUTIVOS:
Se expresan de manera continua en una célula. Sus productos
(RNA / proteínas) tienen funciones en el metabolismo básico
celular.
Ejemplos:
GENES INDUCIBLES.
Se expresan solamente en determinadas condiciones del
desarrollo o en respuesta al ambiente externo (nutrientes,
estrés, etc).
Ejemplos:
POR LO TANTO, PARA QUE HAYA REGULACIÓN DE LOS
GENES TIENE QUE HABER REGULACIÓN POSITIVA Y
NEGATIVA
GENE
CON
Regulación positiva (+)
El gene “se enciende”
(se transcribe o
se transcribe mas)
GENE CON
Regulación negativa (-)
El gene “se apaga”
(no se transcribe o se
transcribe menos)
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OPERÓN
En bacterias, muchos genes se organizan en OPERONES y su
regulación ocurre de manera coordinada.
En un operón, la expresión de un grupo de genes estructurales
está regulada por los mismos elementos de control (promotor y
operador) y por genes reguladores.
Los genes estructurales están acomodados contiguamente
en el DNA.
genes
sitios de
reguladores control
genes estructurales
P O
La lactosa es un disacárido que se debe hidrolizar
para ser utilizado:
GALACTOSIDASA
LACTOSA
GALACTOSA
GLUCOSA
La β-galactosidasa hidroliza a la lactosa para generar glucosa
y galactosa.
La glucosa es metabolizada.
La β-galactosidasa convierte
parte de la lactosa a alolactosa
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La βgalactosidasa
se encuentra
en niveles
muy bajos si
no hay lactosa
en el medio.
Su producción
se induce
cuando se
agrega lactosa
al medio y se
elimina la
glucosa de
éste.
Se elimina la lactosa
Se añade
lactosa
Tiempo
Los operones están formados por genes
estructurales y una región de control
Genes
regulador
Regiones
de control
Genes estructurales
Genes estructurales
o = región operadora
p = promotor
Galactosidasa
Permeasa
Transacetilasa
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El represor unido al sito operado previene
la transcripción de los genes z, y, a
El represor unido al sito operado previene
la transcripción de los genes z, y, a
Galactosidasa
El inductor se une al
represor y entonces éste
ya no se une al DNA
Permeasa
Transacetilasa
La poca alolactosa que se
formó actúa como inductor.
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REGULACIÓN FINA DEL OPERÓN LAC
Aun en ausencia del represor, el promotor del operón lac no es
muy fuerte, por lo que requiere la actividad de otras proteínas.
Activador CRP. cAMP receptor protein
Si los niveles de glucosa son
altos.
Si los niveles de glucosa son
bajos.
AMP cíclico
Cuando los niveles de AMPc se incrementan, se une a la proteína
CRP
El complejo CRP-AMPc se une al promotor del operón de lactosa
y causa un giro en el DNA que facilita la unión de la RNA
polimerasa al promotor.
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El promotor del operón Lac contiene un sitio de unión para la
proteína CRP
Sitio Unión a
CRP
Sitio Unión a
RNA Pol
CRP
Sitio Unión a
CRP
El complejo CRP-AMPc se une al promotor del operón de lactosa facilita
la unión de la RNA polimerasa al promotor y se incrementa 50 veces la
transcripción.
Regulación del operón de lactosa.
Regulación Negativa. Represor
Promotor
Operador
No se
sintetiza
RNA
RNA
Polimerasa
Proteína
Represor
Activo
No hay lactosa, hay glucosa, el represor está activo y el operón está
apagado
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Promotor
Sitio de Unión a CRP
Operador
RNA Polimerasa
Proteína CRP
Inactiva
Represor
Inactivo
Hay lactosa, hay glucosa. Los niveles de AMPc son bajos. La
síntesis del RNAm lac es pobre.
Regulación positiva.
Inducción
Promotor
Sitio de Unión a CRP
RNA
Polimerasa
Operador
Proteín
a CRP
Activa
Represor
Inactivo
Proteína CRP
Inactiva
Hay lactosa, glucosa es baja, niveles de AMPc son altos. Se
sintetiza mucho RNAm lac
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Operón de triptofano
Este operón incluye cinco genes de enzimas involucradas en la
biosíntesis de triptofano. Bajo control del promotor (Ptrp) y del
operador (Otrp)
El represor se une a triptofano y este complejo se une al operador
reduciendo la transcripción 70 veces aproximadamente.
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En eucariontes, la regulación de la expresión genética se
puede dar a distintos niveles.
Eucariontes
Procariontes
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Los promotores de los genes eucariontes son más complejos
que los procariontes. Muestran menor conservación en los
elementos de reconocimiento de las RNA polimerasas.
Inicio de la
transcripción
18 - 25 nts
Caja TATA: TATA(A/T)A(A/T)
*URE (Elementos regulatorios “río arriba”). Son sitios de unión de otras
proteínas (factores de transcripción) que facilitan la unión de la RNA
polimerasa y la transcripción de ese gen. De 100 a 200 pb del inicio.
Enhancers (Sec. Intensificadoras). Regiones en el DNA que
están alejadas por más de 1000 pb del sitio de inicio y que activan al
promotor para que ocurra una transcripción más eficiente.
La caja TATA funciona como señal para la unión de la proteína TBP
(TATA-binding protein). La unión de TBP al DNA causa una torsión
de éste, facilitando la apertura de la doble hélice.
El factor de transcripción IID (TFIID) se une a promotores que
contienen la caja TATA a través de la proteína TBP.
Se forma un complejo multiproteíco en el promotor que permite
la asociación de proteínas que están unidas a otras regiones en el
promotor.
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Regulación de la transcripción en eucariontes.
Además de los factores de transcripción generales que
forman el complejo basal de transcripción, hay otras
proteínas que se unen con alta afinidad a motivos
específicos en los promotores, en los elementos
regulatorios y en las regiones intensificadoras.
• Se unen fuertemente al DNA
• Activan la transcripción
Estas dos actividades distintas residen en dominios discretos y
bien caracterizados de los factores de transcripción.
Además, pueden tener dominio de dimerización, pues es
frecuente que actúen como homodímeros o heterodímeros.
Algunos factores de transcripción también tiene un dominio de
unión a un ligando, por ejemplo, a una hormona.
Dominio de Unión al
DNA
Dominio de
Dimerización
Dominio de
Transactivación
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Dominios de Unión al DNA
Dominio Hélice-vuelta-Hélice.
4 Hélices alfa.
Las hélice 2 y 3 están separadas por un giro β de tal manera
que quedan en ángulo recto.
Una o dos hélices se unen al surco mayor del DNA
Ejemplo: Factores de transcripción homeóticos.
Los factores de transcripcion homeóticos regulan la expresión de
genes durante el desarrollo embrionario.
Mutante Antenepedia
en Drosophila
melanogaster
Estos factores de transcripción se
encuentran altamente conservados en
eucariontes.
La posicion de sus genes en el cromosoma
se encuentra en el mismo orden de las
regiones del embrión cuyo desarrollo
controlan.
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Dominios de Unión al DNA
Dominio dedo de Zinc
Se forma un asa de 12
aminoácidos que contiene 2
His y 2 Cys. Estos AA
coordinan a un ión Zn2+
Esta estructura se repite tres
o más veces a lo largo del
dominio.
Ejemplo:
Factor de transcripción Sp1
Dominios de Dimerización
Zippers de Leucina
Contiene una región rica en
Leu (cada 7 aa, hay Leu).
Se forma una superficie
hidrofóbica en una hélice α
Esta estructura se forma en
las dos subunidades que
forman el dímero. Hay
interacciones hidrofóbicas
entre ellas.
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Regulación de la expresión genética en eucariontes
por microRNAs
Los microRNAs son
sintetizados por la RNA
pol II
• Se sintetizan como
precursores largos (primicroRNA).
• Se añade el CAP al
extremo 5’.
• Se poliadenilan en el 3’.
• Son procesados por
nucleasas para formar
pre-microRNA
Regulación de la expresión genética en eucariontes
por microRNAs
• Exportación de los
pre-microRNAs al
citoplasma.
• Procesamiento por la
nucleasa DICER.
• Se elimina la región
del asa.
• RNA duplex
asimétrico.
• mRISC separa las
cadenas de RNA.
• Generación del
miRNA maduro.
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Función de los microRNAs en la regulación de la expresión génica
El miRNA maduro se aparea por complementaridad de bases al
RNAm blanco, generalmente en la región 3’-UTR provocando:
1. Represión de la traducción
2. Degradación del RNAm
• Aprox. 2000 miRNAs identificados hasta la fecha en humanos.
• Regulan aprox. 33% de los RNAm.
• El tamaño de un miRNA maduro varía de 20 – 22 nts.
• Un miRNA puede regular muchos RNAm.
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