Regulación expresión génica: Genes Homeoticos 19-05-2014

CIENCIAS - BIOLOGÍA

1. ¿Cuál de las características que posee el modelo de ADN propuesto por Watson y Crick permitió dilucidar inmediatamente la replicación de ADN? a) La direccionalidad antiparalela entre ambas cadenas que componen el ADN. b) La formación de un enlace fosfodiéster en el azúcar y fosforo. entre c) La complementariedad de bases nitrogenadas. d) La forma helicoidal de la hebra de ADN. e) Ninguna de las anteriores.

1. ¿Cuál de las características que posee el modelo de ADN propuesto por Watson y Crick permitió dilucidar inmediatamente la replicación de ADN? a) La direccionalidad antiparalela entre ambas cadenas que componen el ADN. b) La formación de un enlace fosfodiéster en el azúcar y fosforo. entre c) La complementariedad de bases nitrogenadas. d) La forma helicoidal de la hebra de ADN. e) Ninguna de las anteriores.

2. Si durante la replicación de ADN no se cometieran errores, tendríamos que: I.Todos los organismos vivos de una misma especie serían iguales entre sí. II.No ocurrirían mutaciones espontáneas. III.Habría menor variabilidad entre los organismos. a) I. b) II. c) III. d) I, II. e) II, III

2. Si durante la replicación de ADN no se cometieran errores, tendríamos que: I.Todos los organismos vivos de una misma especie serían iguales entre sí. II.No ocurrirían mutaciones espontáneas. III.Habría menor variabilidad entre los organismos. a) I. b) II. c) III. d) I, II. e) II, III

¿Cuál de las siguientes aseveraciones de la ADNpolimerasa III es incorrecta? a) La ADNpolimerasa III sólo sintetiza con dirección 3’ a 5’. b) La ADNpolimerasa III es una enzima que cataliza la reacción de polimerización de los dexosirribonucleótidos. c) Para poder replicar necesita poseer un OH libre en la pentosa. pose d) Actúa en conjunto con la ligasa y la ADNpolimerasa I para la replicación de la hebra retrasada. e) Todas las alternativas anteriores son correctas.

Plano segmentario Genes del desarrollo Regulacion genica Genes Homeoticos

Los genes homeóticos codifican proteínas que se unen al ADN y cuya función es activar a otros genes. Todos contienen una secuencia muy conservada de 180 nucleótidos, llamada caja homeótica. Ésta se traduce en una región de 60 aminoácidos dentro de la proteína que codifican, el llamado homeodominio, que permite la unión de esta proteína reguladora a la doble hélice del ADN

Se han identificado distintos tipos de genes con caja homeótica: los genes Hox, los genes ParaHox y los genes NK. En vegetales se han localizado genes homeóticos como los genes con cajas MADS de Arabidopsis que controlan el desarrollo floral. León Patricio Martínez-Castilla, 13407–13412 PNAS ; 2003

Fundamento la duplicacion genica induce a la variacion ; La nueva estructura de estos genes derivados de duplicaciones parciales y quiméricas los predispone para tomar trayectorias evolutivas distintas desde un principio es decir codifican una funcion diferente. En el caso de Arabidopsis la duplicacion genica sugiere que se originaron de un ancestro comun Sometido a presion de selección dando origen mediante eventos de duplicacion genica a nuevas Variantes de floracion en donde se invlucran los genes MADS

Un gen homeótico es un gen que interviene en el programa de desarrollo que determina la localización de órganos a lo largo del eje antero-posterior. La determinación del eje anterio-posterior (cabeza-cola) del embrión constituye la piedra angular del desarrollo porque proporciona un línea central a lo largo de la cual se desarrollará el resto de las estructuras.

dorsal anterior posterior ventral

GENES DE SEGMENTACION CASCADA DE REGULACIÓN DE GENES QUE CONTROLAN EL DESARROLLO DEL PATRÓN ÁNTEROPOSTERIOR EN DROSOPHILA Genes efectores maternos (bicoid+, nanos+) Rol temporario Genes pair-rules (hairy+, fushi tarazu+) Genes homeóticos (Antennapedia+, Ultrabithorax+) GENES DE SEGMENTACION primeros genes con patrón periódico Genes gap (hunchback+, Krüppel+) Genes realizadores (connectin+) Genes de polaridad segmentada (engrailed+, wingless+)

Factores de transcripción que actúan como gradientes de morfógenos

DESARROLLO DORSO VENTRAL activación de un ligando por la actividad polarizante ventral unión localizada del ligando a un receptor distribuido por todo el huevo. actividad polarizante generada por las células foliculares ventrales transporte de la proteína dorsal (gen materno) dependiente de la activación de un receptor ventral a mayor activación del receptor, mayor cantidad de proteína dorsal. dorsal = factor de transcripción inhibe la expresión de ciertos genes, restringiendo su expresión a la zona dorsal activa otros genes en la zona ventral

El fenotipo dorsal proteína dorsal morfógeno ventral proteína dorsal morfógeno Establecimiento de la polaridad dorso-ventral y lateral larva blastodermo proteína dorsal ausente proteína dorsal presente en todo el embrión

Una mutación homeótica provoca la sustitución de una parte del cuerpo por una estructura cuya ubicación normal correspondería a otro sitio. En la figura, las moscas mutantes bitorax tienen un par de alas adicionales en el sitio donde normalmente debería estar unos pequeños apéndices llamados estabilizadores.

Cuando se comparan los genes homeóticos de la mosca con los del ratón se encuentran grandes homologías de secuencias. Esto hace pensar que durante la evolución los insectos y los vertebrados heredaron genes homeóticos desde un ancestro común.

GENES HOMEOTICOS Etiquetas moleculares que indican las estructuras que se formarán en cada segmento. Su expresión depende la expresión correcta de los genes anteriores en la cascada. Especificación de los rasgos particulares de cada segmento Patrón regional de expresión Combinación de genes + mosaico de células que expresan cada gen Inicio de la transcripción previo a la formación de blastodermo. Activados por genes gap. Permanecen activados durante todo el desarrollo, hasta la etapa de pupa. Interacción entre ellos. genes homeóticos = factores de transcripción= Proteina que se une al ADN Y regulan La expresion de genes desde el nucleo. Se activan por señales citoplasmaticas. otros factores de transcripción proteínas secretadas de señalización intracelular moléculas de adhesión celular control de la expresión genes realizadores

Están agrupados en el 3° cromosoma en dos regiones. Localización cromosomal y dominios de expresión de los genes homeóticos en Drosophila Están agrupados en el 3° cromosoma en dos regiones. Complejo Antennapedia: parasegmentos anteriores Complejo bithorax: parasegmentos posteriores lab+ Dfd+ Scr+ Antp+ Ubx+ abd-A+ Abd-B+ 3’ Complejo Antennapedia Complejo bithorax 5’ Complejo Antennapedia labial+ (lab+) Deformed+ (Dfd+) Sex combs reduced+ (Scr+) Antennapedia+ (Antp+) Complejo Ultrabithorax Ultrabithorax+ (Ubx+) abdominal A+ (abd-A+) Abdominal B+ (Abd-B+)

Secuencia aminoacídica de los homeodominios Evolución del complejo homeobox Unión del homeodominio al DNA

Comparación entre los genes homeobox de Drosophila y de ratón Ubicación coincidente con el orden físico real dentro de los cromosomas. Los genes pueden ser alineados, de modo que cada columna representa una subfamilia con los genes de mayor similitud entre sus homeodominios.

Transformaciones homeóticas en ratones KO para Hoxc-8 Ratón normal (26 vértebras): 7 vétebras cervicales 13 (8-20) v. torácicas con 8 costillas, la última flotante 6 (21-26) v. lumbares Ratón KO: la vértebra 21 v. Torácica la costilla 8 está unida al esternón aparición de un elemento extra en el esternón para la uníón de la costilla 8

Expresión de XlHbox 1 renacuajos acumulación de la proteína en el tronco anterior Inyección de anticuerpos anti- XlHbox 1 El embrión carece de la parte anterior de la médula espinal. En su lugar, se desarrolla cerebro posterior. La ausencia de la proteína XlHbox 1 causa la transformación hacia estructuras anteriores

La sobreexpresión de genes homeóticos produce un fenotipo característico de estructuras posteriores Desarrollo de las vértebras cervicales Ratón normal: proatlas base del occipital + vétebra cervical prevértebras C1 y C2: atlas, densa y eje Ratón que sobreexpresa Hoxa-7: proatlas vértebra. no hay eje, ni densa y aparece un disco intervetebral extra

¿Qué es un gen homeótico?

genes homeóticos = factores de transcripción control de la expresión genes realizadores otros factores de transcripción proteínas secretadas de señalización intracelular moléculas de adhesión celular

Jerarquía de adhesividad condrocitos hepatocitos miocitos Hipótesis de adhesión diferencial

LAS CÉLULAS DIFIEREN EN SU AFINIDAD POR OTRA CÉLULA moléculas de adhesión al sustrato (SAMs) membrana plasmática moléculas de cell junction moléculas de adhesión celular (CAMs) Conectan células entre sí. Se forman lentamente y son uniones muy estables Desmosomas Tight junctions (barrera) Gap junctions (pequeños canales que permiten el paso de señales químicas . Ej. Epitelio intestinal)

tipo inmunoglobulinas (NCAM) cadherinas (dep. de Ca2+) CAMs unión homotípica heterotípica citoplasma dominio citoplasmático dominio transmembrana proteína linker proteína de citoesqueleto dominio de unión membrana citoplasmática tipo inmunoglobulinas (NCAM) cadherinas (dep. de Ca2+) lectinas y enzimas

IMPORTANCIA DE LOS LIMITES prevenir la mezcla de diferentes tipos celulares. disminución de la transferencia de señales en tipos celulares contrlolados por distintos genes. líneas con una adhesión celular altamente reversible para facilitar los movimientos morfogenéticos. MOVIMIENTO MORFOGENÉTICO “tironear” hacia los nuevos sitios despegarse del sitio de adhesión anteriror adhesión al nuevo sustrato acoplamiento del citoesqueletos al sitio de adhesión

movimientos celulares genes selectores señales intracelulares control transcripcional señales intracelulares genes de las CAMs morfogénesis movimientos celulares síntesis de CAMs adhesión célula-célula interacciones entre CAMs otras células

Las CAMs son controladas por genes Hox Plásmido reportero: CAT + promotor y enhancer de NCAM Plásmido efector: Hoxb-8 y Hoxb-9 Las CAMs controlan la expresión de genes

MATRIZ EXTRACELULAR proteínas fibrilares forman mallas Glicoproteínas Materia intersticial ssintetizada por las células y secretada por exocitosis sostén. influye en diversas funciones celulares (división, movimiento, diferenciación). reservorio de factores de crecimiento. actúan como factores de crecimiento. proteínas fibrilares forman mallas Glicoproteínas glicosaminglicanos (azúcares) colágeno Fibronectina laminina otras unidos a un core proteico proteoglicanos solos gran carga negativa atraen moléculas de agua gel

¿Cómo se entera la célula del tipo de ECM que la rodea? RECEPTORES proteoglicanos diversas proteínas integrinas - héterodímeros - - proteínas trans-membrana  CAMs - secuencia de las moléculas de la ECM que reconocen: RGD Las células expresan diferentes repertorios de receptores y están expuestas a variadas ECMs a lo largo del desarrollo Adhesión diferencial

fibroblastos 3T3 cotransfectados genes selectores señales intracelulares morfogénesis movimientos celulares otras células factores de crecimiento síntesis de SAMs adhesión célula-ECM genes de las SAMs síntesis de ECM control transcripcional Plásmido reportero: CAT + promotor y enhancer de tenascina Plásmido efector: Hox a-6 fibroblastos 3T3 cotransfectados

CRECIMIENTO Cambio en la masa del organismo Hiperplasia: incremento en la masa, por división celular Muerte celular Hipertrofia: incremento en la masa,sin división celular Distrofia Crecimiento por adición de matriz extracelular Regulación interna: crecimiento potencial genotipo historia previa del desarrollo externa factores de crecimiento: acción local, parácrina o autócrina hormonas: producidas en glándulas endócrinas y transportadas por sangre

determinantes intrínsecos de crecimiento moléculas promotoras + determinantes intrínsecos de crecimiento Balance entre señales positivas y negativas CRECIMIENTO - moléculas inhibitorias

¿Para qué sirven los límites? ¿Cuáles moléculas son claves en el establecimiento de los mismos?