UNIVERSIDAD DE CHILE KINESIOLOGIA CURSO BASES MOLECULARES, CELULARES Y GENETICAS DE LA ORGANIZACIÓN DE LOS SISTEMAS VIVOS CLASE: EXPRESION GENICA: TRANSCRIPCIONY SU REGULACIÓN Dr. Luis Quiñones Sepúlveda, PhD. TOPICOS ASPECTOS GENERALES RNA y TRANSCRIPCION REGULACION DE LA EXPRESION GENICA Activación-Represión Capping y poliadenilación Splicing Editing Estabilidad

ORGANIZACION DEL MATERIAL GENETICO

Dogma central de la Biología Molecular y Niveles de regulación de la expresión génica en eucariontes Replicación Modificaciones post traduccionales Control en la degradación proteica Control traduccional Control de la degradación del RNA Control transcripcional Control post-transcripcional Control en el transporte Control pre-transcripcional Transcripción reversa DNA Transcripción Pre-mRNA mRNA maduro mRNA degradado Transporte al Citoplasma Traducción Proteína Proteína degradada

TRANSCRIPCION Proceso de síntesis de una molécula de ARN mensajero por acción de la ARN-polimerasa, tomando como molde la cadena antisentido del ADN genómico. Este es el primer paso de la expresión génica.

TATAA +1 ELONGACION DEL RNAm COMPLEJO DE INICIACION RNA POLIMERASA II TFIID (TBP) TFIID (TBP) TFIID (TBP) TFIIA RNA POLIMERASA II TFIIF TFIIH TFIIE TFIIA TFIIB TFIIB TFIIA TFIIB TFIID (TBP) +1 TFIIA TFIIB RNA POLIMERASA II TFIIF TFIIE TFIIH TATAA TFIIE TFIIH RNA POLIMERASA II TFIIF TFIIF TFIIF TFIIF TFIIE TFIIH RNA POLIMERASA II ELONGACION DEL RNAm COMPLEJO DE INICIACION

Estructura Basica de un promotor eucarionte Caja GC Caja CAAT Caja TATA Río arriba Río abajo Elementos proximales Core Promotor: secuencias necesarias para el inicio de transcripción Promotor core o básico Caja TATA (posición -30) Elementos proximales ~ 20bp (hasta -200) Enhancers y silenciadores ~ 100-200 bp con elementos de control de 8-20 bp (distancias variables) ESPECÍFICOS

Factores de Transcripción: Estructura General

Regulación de la Transcripción Uso de promotores alternativos R, retinal CNS, central nervous system S, Schwann cell G, general L, lymphocyte C, cortical M, muscle P, Purkinje Gen Distrofina: Xp21 79 exones 2,4 MB

Regulación de la Transcripción Promotor Cuerpo de gen Intrón Exón Sitio de terminación Sitio de iniciación Caja TATA Secuencia de unión de factor activador Secuencia de unión de factor inhibidor Silencer Enhancer Factores de transcripción que activan o aumentan la transcripción de un gen se unen a secuencias reguladoras específicas. Éstas secuencias pueden encontrarse cerca del cuerpo del gen. En el caso de encontrarse a mucha distancia del gen (incluso megabases), se denominan enhancer. niveles de transcrito Activación: Factores de transcripción que reprimen o inhiben la transcripción de un gen se unen a secuencias reguladoras específicas. Éstas secuencias pueden encontrarse cerca del cuerpo del gen. En el caso de encontrarse a mucha distancia del gen (incluso megabases), se denominan silencer. niveles de transcrito Represión:

Procesamiento, edición y transporte del RNA Regulación Postranscripcional Procesamiento, edición y transporte del RNA Adición del CAP Cuando se han sintetizado cerca de 25 nucleótidos del ADN, un conjunto de enzimas particulares catalizan la adición de un ribonucleótido de guanina que luego es modificado por una metilación. Este "capuchón" molecular se une a proteínas que cumplen una función tanto en el posterior transporte del mensajero hacia el citoplasma como en la traducción de él. Poliadenilación

Regulación Postranscripcional SPLICING: Procesamiento DNA GE NE intrón exón 1 exón 2 transcripción precursor-mRNA (pre-mRNA) intrón mRNA RNA splicing proteína traducción

Regulación Postranscripcional Mutación en el sitio de splicing genera b-talasemia (anemia por defecto en sintesis de hemoglobina por generación de un sitio de splicing adicional.

Regulación Postranscripcional pre-mRNA mRNA spliceosoma (~100 proteínas + 5 RNAs pequeños)

Modelo de splicing mediado por spliceosoma 5 snRNPs (U1, U2, U4, U5 y U6) y sus proteínas asociadas (6-10 por snRNP) ensamblan sobre el RNA para formar el spliceosoma. Hay un total de 100 proteínas, algunas no asociadas a snRNP. Hay un masivo reordenamiento de interacciones de pares de bases entre varios snRNAs lo que convierte al spliceosoma en una forma catalítica activa. Las moléculas de RNA juegan un rol clave en dirigir el alineamiento de sitios de splicing.

ARN mensajero inmaduro: ARN mensajeros maduros Regulación Postranscripcional Splicing alternativo Puede darse que un mismo ARN mensajero inmaduro de lugar a un ARN mensajero maduro diferente en distintos tipos celulares o que un ARN mensajero inmaduro de a distintos ARN mensajeros maduros en una misma célula. El resultado son distintas variantes de la proteína codificada por el gen. ARN mensajero inmaduro: ARN mensajeros maduros ADN En tipo celular A En tipo celular B En tipo celular C

Regulación Postranscripcional RNA como enzima: Ribozima La similaridad entre los dos sistemas sugiere que los U snRNAs probablemente evolucionaron de los intrones del tipo II u organelos endobióticos.

Patologias asociadas a splicing Mutaciones que afectan proteínas de splicing: Atrofia Muscular Espinal Retinitis Pigmentosa Distrofia Miotónica Mutaciones que afectan un RNAm específico y alteran el patrón normal de splicing ß-Talasemia Distrofia Muscular de Duchenne Fibrosis Quística Síndrome de Frasier Demencia fronto temporal and Parkinsonismo

Regulación Postranscripcional Edición del RNA En el cerebro de mamíferos, la edición del RNA produce cambios significativos en las propiedades funcionales de receptores de importantes neurotransmisores tales como glutamato y serotonina.

Regulación Postranscripcional Estabilidad de mRNAs Célula Escherichia coli Saccharomyces cerevisiae (levadura) Células en cultivo (humanas o de roedor) Tiempo de generación 20-60 min 3 h 16-24 h Vidas medias RNAs 2-10 min 4-40 min 30 min o menos 0.3-24 h Promedio 3,5 min 22 min 10 h

Análisis comparativo entre la regulación de la expresión génica en Eucariontes versus Procariontes En eucariontes existe una membrana nuclear, la cual previene la transcripción y traducción simultánea como ocurre en procariontes. Casi todos los RNAm eucariontes contienen una estructura básica de exones e intrones, y promotores basales de dos tipos (cajas CCAAT y TATA), además de una serie de dominios regulatorios. Mientras en procariontes el principal punto de regulación es el inicio de la transcripción en eucariontes la regulación de la expresión génica es realizada equivalentemente en muchos puntos. En eucariontes, hay tres RNA polimerasas que transcriben diferentes genes. La RNApol I, transcribe genes ribosomales, rRNA 28S, 18S y 5,8S; la RNApol II transcribe mRNA y la RNA pol III transcribe tRNA y el gen ribosomal 5S. En procariontes existe una sola RNA pol. La RNApol recorre el DNA a una velocidad estimada de 50 nts/segundo en procariontes y 20 nts/segundo en eucariontes. La vasta mayoría de los RNAs eucariontes estan sujetos a procesamiento post-transcripcional (Capping, Poliadenilación,Splicing). Metilación del DNA sólo en eucariontes.

Hasta la próxima clase