Los fenómenos moleculares que subyacen a la diferenciación celular y la respuesta a las señales ambientales involucran la expresión diferencial del genoma Regulación de la expresión genética

Posibles puntos de regulación de la expresión génica en eucariontes DNA Transcritp de ARN RNAm Degradación del RNAm RNAm inactivo Control de Traducción proteína Proteína inactiva Control de actividad protéica Transporte de RNA y control de localización Control de procesamiento del RNA Control transcripcional Citosol Núcleo

1) Regulación de la transcripción en eucariontes (v) Regulación de la elongación de la transcripción (iV) Regulación de la transcripción por ARN no codificante (iii) Regulación por metilación del ADN (ii) Remodelación de la estructura cromatínica (i) Regulación del inicio de la transcripción por proteínas solubles (factores transcripcionales en eucariontes)

1) Control transcripcional (i) Regulación del inicio de la transcripción en eucariotas  En eucariotas, las proteínas reguladoras de genes pueden influir sobre un promotor aún cuando estén unidas a secuencias de ADN distantes a miles de nucleótidos (estimuladores o enhancers)  La transcripción en las células eucarióticas está controlada por proteínas que se unen a secuencias reguladoras específicas y modulan la actividad de la ARN polimerasa.  El empaquetamiento del ADN en la cromatina constituye un factor regulador importante

(i) Regulación del inicio de la transcripción en eucariotas  En eucariotas, las proteínas reguladoras de genes pueden influir sobre un promotor aún cuando estén unidas a secuencias de ADN distantes a miles de nucleótidos.  La RNA polimerasa II requiere del ensamblaje de los factores generales de transcripción, que a su vez están sujetos a señales regulatorias  El empaquetamiento del ADN en la cromatina constituye un factor regulador importante Algunas diferencias respecto de los procariotas

Control negativo del operón lac por presencia de lactosa El gen i codifica un represor que, en ausencia de lactosa se une al operador y bloquea la transcripción de los genes estructurales. La presencia de lactosa induce la expresión del operón uniéndose al represor y evitando que este represor se una al operador. Genes estructurales (i) Regulación del inicio de la transcripción en procariontes

Si hay mucha glucosa no se producen las enzimas que catalizan el metabolismo de otros azúcares (ej lactosa) Si hay poca glucosa, ésta produce un efecto positivo para la transcripción de los genes que codifican para las enzimas que catabolizan lactosa, por un sistema de control positivo dependiente de AMPc. Control positivo del inicio de la transcripción del operón lac por la falta de glucosa

Secuencias reguladoras de la transcripción * Promotores * Enhancers o estimuladores Secuencias reguladoras que pueden estar localizadas a más de 50 kb del sitio de inicio de la transcripción (i) Regulación del inicio de la transcripción en eucariotas Proteínas reguladoras de la transcripción * Proteínas activadoras * Proteínas represoras Se unen a secuencias específicas de ADN y favorecen su transcripción. Se unen a secuencias específicas de ADN e inhiben su transcripción. Factores de transcripción generales o basales:…..Se unen al promotor y son necesarios para la transcrición Factores de transcripción específicos:

Proteínas activadoras: Se unen a secuencias específicas de ADN y favorecen su transcripción. * Favorecer el reclutamiento del complejo de iniciación * Alterar el estado de la cromatina. Ej: Reclutar enzimas que acetilan histonas. Mecanismos de acción: (i) Regulación del inicio de la transcripción en eucariotas

Rol de los estimuladores Transcripción basal sin estimuladores Transcripción aumentada por la unión de factores de transcripción específicos a estimuladores.

Formación de bucles en el ADN

Estructura de los activadores de la transcripción

Familias de dominios de unión al ADN

Mecanismos de acción de los activadores transcripcionales

Proteínas represoras: Se unen a secuencias específicas de ADN e inhiben su transcripción. Mecanismos de acción: * Interferencia en la unión de activadores o factores de transcripción generales al ADN. * Inhibición de la transcripción interaccionando con factores de transcripción generales o activadores transcripcionales a través de dominios de inhibición. * Afectar la estructura cromatínica Ej: reclutar enzimas que desacetilan histonas (Histona desacetilasa). * Competición con los activadores por unirse a secuencias específicas de regulación. (i) Regulación del inicio de la transcripción en eucariotas

Mecanismos de acción de los represores

(i) El control combinatorio durante el desarrollo embrionario permite generar muchos tipos celulares La regulación génica por combinación puede permitir a los organismos complejos desarrollarse a través de la acción de un número relativamente reducido de diferentes proteínas principales reguladoras de la transcripción. Célula embrionaria Inducción de proteínas regulatorias Inducción de proteínas regulatorias y División Celular Célula A Célula B Célula C Célula D Célula E Célula F Célula G Célula H Célula I Célula JCélula K Célula L Célula MCélula N

1) Regulación de la transcripción * Regulación de la elongación En algunos genes, las moléculas de RNA pol II que han comenzado a transcribirlos se detienen poco después del promotor. Estas polimerasas detenidas, reanudarán la transcripción tan pronto como reciban las señales extracelulares adecuadas. * Regulación de la transcripción por ARN no codificante Moléculas de RNA de interferencia pueden reprimir la transcripción de genes homólogos mediante su asociación con un complejo proteico (RITS) que induce modificaciones en las histonas que resultan en la formación de heterocromatina. * Metilación del ADN: En eucariotas, la metilación de los residuos de citosina está asociada a la inhibición de la transcripción génica. * Remodelación de la estructura cromatínica Los factores remodeladores de la cromatina facilitan la unión de los factores de transcripción al ADN alterando la organización de los nucleosomas. * Regulación del inicio de la transcripción por factores transcripcionales

(ii) Regulación del inicio de la transcripción por modelación de la estructura cromatínica. Acetilación y desacetilación de las histonas.

(ii) Regulación del inicio de la transcripción por modelación de la estructura cromatínica. Metilación, fosforilación, acetilación y desacetilación de las histonas.

(ii) Herencia epigenética de las modificaciones de las histonas

(ii) Factores remodeladores de la cromatina

(iii) Regulación del inicio de la transcripción por metilación del ADN. Mantenimiento de los patrones de metilación del ADN.

(iv) Control de la transcripción por ARN no codificantes

(v) Regulación de la elongación de la transcripción

(i) Splicing alternativo : Diferentes combinaciones de exones. En el splicing alternativo participan proteínas reguladoras del splicing 2) Control del procesamiento del RNA Tejido 1Tejido 2 Transcripto primario mRNA splicing mRNA No splicing represor Transcripto primario mRNA No splicing mRNA splicing activador

Transcripto Largo Sitio de splicing 5 (Donor) Sitio de splicing 3 (Aceptor) Transcripción Stop codon II AAAAAAAA 3 dador aceptor Stop codon I Stop codon II Secuencia intrónica removida mRNA Anticuerpo unido amembrana Traducción Transcripto Corto AAAAAAAA 3 Stop codon I dador AAAAAAAA 3 dador Stop codon I mRNA Traducción Anticuerpo secretado DNA (ii) Procesamiento diferencial del extremo 3’ 2) Control del procesamiento del RNA

3) Corrección del ARN

(i) Regulación de la estabilidad de los mRNA 4) Control de la degradación del RNA

5) Control de la traducción (i) Modificación de factores de iniciación (ii) Unión de proteínas represoras (iii) microRNA no codificantes La traducción de algunas moléculas específicas de ARNm se puede regular a través de:

(ii) Regulación de la traducción por unión de proteínas

(iii) Control de la traducción por micro RNA

Frecuente en Animales Frecuente en Plantas Regulación de la traducciónDegradación de mRNA (iii) miRNA

(iii) Características de los miRNA * Los miRNA son un tipo de ARN de interferencia (ARNi) * Los miRNA son moléculas endógenas que desempeñan un rol fundamental en la regulación génica. * Se estima que los genomas humano codifican miRNA y estarían Involucrados en la regulación de la expresión de al menos un tercio de los genes. * Se calcula que cada miRNA puede reconocer hasta 100 ARNm diferentes. * Los distintos miRNA se expresan en forma diferencial en distintos tejidos. * Los miRNA intervienen en la regulación del desarrollo embrionario temprano, el desarrollo del sistema nervioso, la musculatura, el corazón, los pulmones y el sistema inmunitario. * Se ha demostrado que la expresión anómala de estas moléculas se asocia a cardiopatías y diversos tumores.

6) Control de la actividad protéica * Síntesis y degradación protéica * Unión a ligando * Fosforilación de proteínas * Adición de una segunda subunidad * Liberación del sitio activo * Estimulación de la entrada al núcleo * Liberación desde la membrana

Autoevaluación: 1)Explique qué mecanismo de la regulación genética surge con la aparición de la envoltura nuclear. 2) Explique cuáles son los principales mecanismos que regulan la expresión genética que participan en la diferenciación celular (integración con Embriología). 3) Explique qué mecanismo de la regulación genética permite que los anticuerpos expresados en la membrana plasmática como receptores en los linfocitos B, sean secretados en los plasmocitos (integración con Histología). 4) Explique mediante qué mecanismos moleculares se produce la inactivación de uno de los cromosomas X en la mujer (integración con Embriología, Histología y Genética).

Autoevaluación: 6) Explique mediante que mecanismos de la regulación de la Expresión genética se produce la impronta genómica (integración con Embriología y Genética). 7) Ejemplifique mediante qué mecanismos se heredan los cambios epigenéticos. 8) Explique cómo la regulación de la expresión de la telomerasa influye sobre la sobrevida de las células en división y qué relación tiene este fenómeno con las células madre y las células neoplásicas.