BASES MOLECULARES DE LA HERENCIA II GENÉTICA Herrera Luis Ibarra Fabián Martínez Cristóbal Morales Denys

Transcripción de la información genética. Sólo una pequeña porción del DNA de las células eucariotas se transcribe. Unidades de transcripción. La mayor parte de del DNA nunca se transcribe y sólo una porción del RNA sintetizado se traduce en polipéptidos.

Algunas unidades de transcripción son expresadas para producir una molécula de RNA diferente a los mRNA y no especifican directamente polipéptidos. El transcrito primario de aquellas unidades está sujeto a eventos de procesamiento. Sólo la parte central de un mRNA maduro se traduce.

La síntesis de RNA es catalizada por RNA polimerasas. Ribonucleósidos fosfatados: ATP, CTP, GTP, UTP Cadena sencilla dirección 5’-->3’ Eliminación de un pirofosfato de los ribonucleósidos. Enlongación, ocurre por adición de residuos de mononucleósido monofosfato al grupo 3’- OH libre en el extremo.

Solo una de las cadenas de DNA sirve como molde para sintetizar RNA. Cadena antisentido Cadena sentido

RNA Polimerasas. Se requieren de tres tipos de RNA Polimerasas para sintetizar RNA. No pueden iniciar la transcripción por sí mismas, requieren de factores de transcripción. Promotor. Los factores de transcripción (trans) se unen a la región promotora (cis), una RNA polimerasa se une al complejo y es activada. Corriente arriba Corriente abajo 1 2 3

RNA Polimerasa II Origina la transcripción de todos los genes que codifican para polipéptidos y algunos tipos de mRNA. Caja TATA. Punto de inicio de la transcripción. Complejo Polimerasa-Factores de transcripción = aparato basal de transcripción. Los productos de los genes transcritos por RNA polimerasa II tienen patrones de expresión de tejidos específicos. Potenciadores Silenciadores. Región promotora Corriente arriba Corriente abajo 1. -35: T82 T84 G78 A65 C54 A45 2. -10: T80 A95 T45 A60 A50 T96 1 2 3 3. Sitio de iniciación

Factores de enlongación. SII y SIII (enlonguinas). SIII conformado por subunidades A, B y C. Terminación depende de la adición de cerca de 250 residuos de poliadenina, en cola de poli A, extremo 3’ por medio de poli(A) polimerasa.

Procesamiento del RNA. RNA splicing. Remoción de intrones, empalme de exones. GT-AG. CAP. Adición de 7-metilguanosina en el extremo 5’. Poliadenilación. Adición de residuos de AMP en el extremo 3’. AAUAAA 15-30 nucleótidos corriente abajo.

Adición del CAP. Proteger el transcrito de ataque por exonucleasas. Facilitar el transporte hacia el citoplasma. Facilitar la remoción de intrones. Unión de subunidad 40S al mRNA.

Poliadenilación. Facilitar el transporte al citoplasma. Estabilizar moléculas de mRNA en el citoplasma. Facilitar la traducción del mRNA.

Remoción de intrones y exones. Rotura en el extremo 5’ del intrón. Ataque nucleofílico por el nucleótido terminal G del sitio donador a la Adenina para formar una estructura en asa. Corte en el extremo 3’ de la unión intrón- exón, liberando el RNA intrónico como un asa y reunión de los segmentos de RNA exónico.

RNA Polimerasa I. Confinado al nucleolo. Encargado de transcribir los genes del rRNA 18S, 5.8S y 28S. Unión de dos factores de transcripción (UBF, SL1), que reclutan a la RNA polimerasa I para formar el complejo de iniciación.

RNA Polimerasa III rRNA 5S, tRNA, RNA 7SL y moléculas de snRNA necesarias para la remoción de intrones. Sus promotores caen dentro de las secuencias codificantes. En los genes del tRNA el promotor es bipartita con dos secuencias conservadas (Cajas A y B) y en el gen del rNA 5S sólo se encuentra un elemento en el promotor (Caja C). Unión de factores de transcripción ubicuos a los elementos del promotor, seguida de la unión de otros factores y la polimerasa.

Traducción y Síntesis de Proteínas Los mRNA transcritos pasan al citoplasma y comienzan la síntesis de polipéptidos específicos por medio de los Ribosomas. (Traducción) 5’-3’ Amino-carboxilo Mitocondria

Código Genético El ensamblado de las proteínas esta mediada por un código genético que establece la secuencia de los ribonucleótidos y la secuencia de los aminoácidos (tripletes). Redundante o degenerado

Codon- Anticodon (AUG- UAG,UAA,UGA) 40-60 tRNA mitocondriales y 22 mitocondriales

Características del los tRNA 74-95 nucleotidos Hoja de Trebol (bases complementarias) Brazo Aceptor Brazo TYC Brazo Anticodon Brazo D *brazo variable (entre TYC y Anticodon) Clase 1 75%(3-5) Clase 2 (13-21)

Aminoacil-tRNA sintetasas Aminoacilacion Unión aminoácido al extremo 3’ del tRNA Representa el primer nivel de especificidad exhibido por el tRNA En 2do nivel codón-anticodón 3er tRNA-ribosomas Aminoacido-AMP + tRNA Aminoacil-tRNA – AMP Aminoacil-tRNA sintetasas

Ribosomas Sitio Aminoacil Sitio Peptidil Sitio de Salida (E)

Iniciacion (mRNA-Ribosoma) Elongacion (adicion aminoacidos) *Translocacion 5’-3’ (A-P-E) Terminacion (liberacion cadena polipeptica)

Traducción eucariotes

Poliribosomas

Modificaciones postraduccionales

Modificaciones postraduccionales La traducción no es la vía final. El poli péptido que emerge del ribosoma es inactivo– debe sufrir al menos las primera de la siguientes modificaciones: Plegamiento proteico Rotura proteolítica Modificaciones químicas Remoción de ciertas secuencias internas. Degradación proteica, estado final de la expresión génica.

Plegamiento Proteico Niveles estructurales de las proteínas. 1) estructura primaria: Secuencia lineal 2) estructura secundaria: hélice alfa y hélice plegada beta. 3) estructura terciaria: Doblamiento de diferentes secciones de estructuras secundarias. 4) estructura cuaternaria: Vinculación de dos o más poli péptidos. Células auxiliares (chaperonas) en el plegamiento correcto de proteínas.

Roturas Proteolíticas Producto primario puede sufrir cortes por proteasas. Pueden ser iníciales, finales o internas (pueden formar más proteínas activas).

Modificaciones químicas Genoma: 20 aminoácidos diferentes. Son muchas y variadas, pueden llevarse a cabo en el extremo amino y carboxilo o cadenas laterales. Pueden ser simples como acetilación, hidroxilación, fosforilación, metilación o adición de nucleótidos. Otras modificaciones son completas como adición de grupos funcionales. Glucosilaciones: N-glucosilación (+) y O- glucosilación

Señales de localización Las proteínas de secreción y las de exportación a localizaciones intracelulares especificas requieren de señales. Son exportadas a organélos, como mitocondria, peroxisomas y demás organélos, o bien, ser secretadas (hormonas y señales intracelulares). El poli péptido debe comprender una señal especifica de localización. Generalmente es una secuencia peptídica corta que constituye la llamada secuencia señal o líder. Una peptidasa la remueve durante el transporte.

Proteínas de secreción, expresan la señal en los primeros 20 aminoácidos. Esta secuencia es guiada al RE por una SRP (Partícula de reconocimiento de la señal). De ahí, puede pasar al lumen del RE, si su destino es exportarse de la célula, o detenido para más modificaciones. Otras señales: Péptido señal de mitocondria, señales de localización nuclear, proteínas lisosomales.

Remoción de inteínas Ultima modificación postraduccionales, simil formación RNA. Segmentos de proteínas que son removidos enseguida de la traducción, mientras que los segmentos externos son unidos entre si.

Degradación de proteínas Síntesis de proteínas y los eventos de procesamiento, resultan en proteínas nuevas y activas. Recambio proteico. Cambio y degradación de proteínas que ya no se requieren. Selectiva y Rápida.

Regulación de la expresión génica. Regulación en procariotes: Mediante sustratos inductores o de productos finales represores. Controlan el inicio de la transcripción. El conjunto de genes estructurales y reguladores constituye un operón. Los genes reguladores están formados por una secuencia que codifica una proteína represora, cuya función es bloquear la expresión génica (operador).

Regulación en eucariotes: Todas la células nucleadas poseen el mismo tipo de genoma; expresan una pequeña fracción. Más complejos que en los organismos procariotes. El principal nivel de regulación se constituye al inicio de la transcripción.

Regulación transcripcional de la expresión génica Los elementos de control son más complejos debidos, en parte, al gran tamaño del genoma y necesidad de sistemas de regulación más elaborada. Incluye los elementos del promotor, los potenciadores y los silenciadores. Cada uno de estos se encuentra constituido por secuencias reconocidas por proteínas especificas, llamadas factores de transcripción.

Dominios de unión a DNA Se han identificado 3 dominios de unión a DNA: Hélice-vuelta-hélice HTH Dedos de Zinc Existe en Cis2-His2 y Cis4 Dominio básico Hélice alfa (aa básicos) en relación con los dominios de dimerización

Dominios de dimerización Motivo de cierre de leucina (ZIP) Extremo carboxilo de unión a DNA Hélice alfa c/7 residuo leucina Motivo de dimerización HLH 2 hélices alfa separadas por asa no helicoidal Dim. Por interacción entre aa hidrófobos presentes en el extremo carboxílico

Dominios de transactivación Activan la transcripción de los genes blanco Estimulan la transcripción: Se desconocen los dominios de unión a DNA Factores de transcripción basales Complejo de transcripción en el promotor

Regulación transcripcional en respuesta a estímulos externos La expresión génica puede ser alterada “expresión génica inducible” Elementos de respuesta Factor de transcripción inactivo activa Vía de señalización produciendo TRANSCRIPCIÓN

Factores de transcripción inducibles por la unión a un ligando Hormonas esteroides, tiroxina y acido retinoico “Receptores hormonales nucleares” Una vez unidos al homologo las proteínas se relacionan con un elemento específico del DNA Activando su transcripción

Activación de factores de transcripción por transducción de señales Consiste en la transmisión de señales hacia dentro de la célula por un receptor de membrana en unión con moléculas de señalización hidrófilas. Mecanismos de transmisión de señales de la membrana al núcleo: Activación de proteincinasas Factores de transcripción inactivos

Regulación traduccional en respuesta a estímulos externos 2 niveles de regulación: Regulación global: Alteración en la cantidad de síntesis de proteínas afectando a todos los mRNA Dada por Fosforilación del factor eIF-2 Regulación transcrito específica: Mecanismos que actúan sobre uno o varios grupos de transcritos que codifican proteínas relacionadas

Transcripción alternativa y procesamiento individual de genes Generación de diferentes mRNA maduros a partir de un transcrito: Por el uso de promotores diferentes Por el empleo de diferentes sitios de poliadenilación Por la remoción de intrones y empalme de exones

Edición de RNA Procesamiento postranscripcional que implica cambios del mRNA mediante sustitución, inserción y deleción de nucleótidos Desaminación de citosina Desaminación de adenosina Gen NF1

Expresión diferencial y metilación de DNA La metilación del DNA permite la transmisión de patrones de represión génica a la cromatina En el humano esta restringida por residuos de citosina Metiltransferasa específica El mantenimiento de la metilación la realiza el producto del gen Dnmt1