TRANSCRIPCIÓN Y PROCESAMIENTO DEL ARN EXPRESIÓN GENÉTICA I: TRANSCRIPCIÓN Y PROCESAMIENTO DEL ARN

Las células copian ADN en ARN, proceso llamado transcripción y luego utilizan la información del ARN para sintetizar proteínas, proceso llamado traducción. La transcripción produce ARN complementario para una cadena de ADN.

Los genomas de las células eucariotas se caracterizan por contener una pequeña proporción de ADN codificante y grandes cantidades de secuencias de ADN que no codifican proteínas.

La molécula de ARN adopta una estructura tridimensional que está determinada por su secuencia de nucleótidos. Las moléculas de ARN pueden formar apareamientos intramoleculares de bases y plegarse en estructuras específicas. Se asocian a proteínas formando ribonucleoproteínas.

I-TRANSCRIPCIÓN CARACTERISTICAS DE LA TRANSCRIPCION

La transcripción produce ARN complementario para una cadena de ADN. La dirección en la que las ARN polimerasas sintetizan ARN es siempre 5'→3'. Asimetría de la transcripción: se transcribe para cada gen una de las dos hebras de ADN, la hebra que se toma como molde para producir el ARN se la denomina hebra molde, hebra sin sentido, no codificante y la otra hebra de ADN, la que no se transcribe, se la denomina hebra con sentido, codificante.

Las ARN polimerasas o transcriptasas, a diferencia de lo que ocurre con las ADN polimerasas, no necesitan de un cebador o primer y carecen de función "correctora de prueba".

Etapas de la Transcripción: 1. Iniciación 2. Elongación 3. Terminación

Transcripción en Procariontes En bacterias, existe solamente una ARN polimerasa que es capaz de sintetizar todos los tipos de ARN. La ARN polimerasa de E. coli está formada por un núcleo central que tiene dos cadenas de tipo α, una β, otra β‘ y una W. La enzima completa u holoenzima tiene la subunidad σ necesaria para iniciar la transcripción. La subunidad σ una vez iniciada la transcripción se libera y el núcleo central prosigue con la elongación del ARN.

Estructura de la ARN polimerasa procarionte

Transcripción en procariontes: iniciación y elongación

Transcripción en procariontes: terminación

En bacterias, con mucha frecuencia, los ARN-m son policistrónicos, de manera que un solo ARN mensajero contiene información para la síntesis de varios polipéptidos distintos. Habitualmente se trata de genes que comparten un sistema común que controla su expresión (operón).

Regulación del inicio de la transcripción en procariontes Genes estructurales 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.

Control positivo del inicio de la transcripción del operón lac por la falta de glucosa 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.

La transcripción en eucariontes Las RNA polimerasas eucarióticas no pueden iniciar la transcripción sin la presencia de Factores Protéicos de Transcripción. Los factores de transcripción que permiten la transcripción uniéndose a la zona promotora se llaman Factores de transcripción basales. El empaquetamiento del DNA en la cromatina modula el comienzo de la transcripción.

Tipos de genes transcriptos por ARN polimerasas eucarioticas Genes para ARN Polimerasa ARNm II ARNmi II ARNt III ARNr 5,8-18 y 28 S I ARN 5 S III ARNsn y ARNsc II y III ARNmit mitocondrial (similar a la procarioticas)

La actividad de los promotores puede modificarse por la presencia de factores de transcripción específicos que se unen a secuencias estimuladoras o "enhancers" que aumentan la tasa de transcripción o a secuencias atenuadoras que disminuyen la tasa de trasncripción. Estas secuencias estimuladoras y/o atenuadoras suelen estar a distancias variables de las secuencias promotoras y pueden ejercer su función sobre varios promotores diferentes

Transcripción por la ARN polimerasa II Secuencias Promotoras de la ARN pol II -25 -30 caja TATA, con la secuenciaTATAAAA, -75 caja CAAT con la secuencia GGCCAATCT, -90 caja GC con la secuencia GGGCGG, Región iniciadora de la transcripción Inr, que abarca el sitio de inicio de la transcripción, los elementos de reconocimiento TFIIB, BRE a -35.

La ARN Polimeraza II se asocia con factores de transcripción generales, designados como TFIID, TFIIB, TFIIF, TFIIE y TFIIH, donde "TF" significa "factor de transcripción" y "II" para la ARN Pol II. Estos TF cumplen las funciones de: reconocer las secuencias promotoras, abrir la doble hélice de ADN (helicasa) y fosforilar al dominio carboxilo terminal (CTD) de la ARN polimerasa II.

Complejo de iniciación de la Transcripción TFIID{ TBP unión a TATA-box  {TAF unión a Inr, DPE, DPC y MTE. TFIIB se une a TBP y BRE RNA Pol II se une al complejo TFIID-TFIIB junto con TFIIF TFIIE y TFIIH  Helicasas: desenrrolla el DNA  Proteina Quinasa fosforila dominio C terminal de RNA Pol II (CTD) e induce la liberación de la RNA pol II del complejo. Comienza la transcripción Mediador  Se une a la ARN pol II no fosforilada, se separa cuando se fosforila y permite la relación de factores de transcripción específicos a la zona promotora.

Formación del complejo de preiniciación de la polimerasa II in vitro Caja TATA: Secuencia consenso TATAA situada 25 a 30 nucleótidos antes del sitio de inicio. BRE: elemento de reconocimiento del TFIIB (factor de transcrripción IIB). Inr: Elemento iniciador, abarca el sitio de inicio dela transcripción DCE,MTE y DPE: elementos promotores TFIID: factor general de transcripción II que se une al Promotor. TAF: son factores asociados a la proteina de unión al TATA (TBP)

En eucariontes los ARN mensajeros son monocistrónicos, de manera que un ARN mensajeros contiene información para sintetizar un solo polipéptido

Complejo Proteico Mediador interacciona con TF generales y la RNA pol II. Estimula la transcripción basal y tiene un papel clave en la asociación de los TF generales con los TF específicos de ciertos genes que regulan la expresión génica. Los TF unidos a estimuladores lejanos pueden interaccionar con el complejo RNA pol II/Mediador debido a que el ADN forma bucles.

Iniciación Elongación Complejos de ARNpolimerasa II - Mediador e inicio de la trasncripción Iniciación Elongación

Gen del ARN ribosómico

Inicio de la transcripción del ADN ribosomal (ARN precursor 45S) por la ARN pol I

Inicio de la Transcripción de genes por la polimerasa III

II- PROCESAMIENTO DEL RNA

Maduración del ARNm Agregado del capuchón 7-metilguanosina (Cap) en el extremo 5´. 2) Corte y empalme (splicing). 3) Poliadenilación del extremo 3´

Maduración del ARNm La dirección de síntesis del RNA 5'3'. Después de 30 nucleótidos, en el extremo 5´ se le añade al ARNm 7-metilguanosina (“Cap”), unión 5´-5´ Funciones: estabiliza al ARN m y alínea a los ARN m eucariontes sobre los ribosomas durante la traducción. Finalizada la síntesis una poliA‑polimerasa añade una serie de nucleótidos con adenina, la cola poliA- Funciones: estabilizan a los ARNmy regulan la traducción.

Formación del extremo 3´ del ARNm eucarionte

El mecanismo del splicing es dependiente de la identidad de las secuencias nucleotídicas en los límites exón/intrón (splice junctions). Los intrones casi siempre comienzan con GU y terminan con AG El splicing tiene lugar en grandes complejos llamados spliceosomas, compuestos por proteínas y ARNsn. Los componentes de ARN del spliceosoma son 5 tipos de small nuclear ARNs (snARNs) ricos en Uridina.

Corte y empalme del pre-ARNm

Ensambledel spliceosoma por la unión de polirribonucleoproteínas solubles nucleares ricas en uracilo

La mayoría de pre-mRNAs contienen múltiples intrones La mayoría de pre-mRNAs contienen múltiples intrones. Se pueden producir diversos mRNAs a partir del mismo gen por las diferentes combinaciones de los sitios de splicing 5’ y 3’. La posibilidad de unir exones en combinaciones variadas provee un nuevo mecanismo que controla la expresión génica generando múltiples polipéptidos a partir del mismo pre-mRNA. Este proceso llamado splicing alternativo ocurre frecuentemente en genes de eucariotas complejos y provee un mecanismo importante de variabilidad de la expresión génica especifica a distintos tejidos y a distintas etapas del desarrollo.

Transcripción de ARNr La ARN polimerasa I transcribe los genes de ARN ribosómico que están presentes en forma de repeticiones en tándem. El promotor de los genes de ARN ribosómico está a unas 150 pares de bases corriente arriba del sitio de inicio de la transcripción. Estas secuencias promotoras son reconocidas por dos FT : UBF y SL1, que se unen de forma cooperativa al promotor y luego reclutan a la ARN pol I para formar el complejo de iniciación.

Procesamiento del ARNr transcripto primario 45S (nucléolo). Clivaje y formación de los ARNr 18S, 5.8S y 28S. Modificación covalente de los nucleótidos. Ensamblado de las subunidades ribosomales (nucléolo). Incorporación del ARNr 5 S. Formación de las subunidades ribosomales-

Maduración del ARNr (clivaje)

Transcripción y procesamiento de ARNt Son transcriptos por la RNA polimerasa III Los tRNAs contienen intrones que deben sufrir splicing Agregado de bases raras y CCA en extremo 3´

Maduración del ARNt

Autoevaluación: Explique las principales diferencias en la expresión genética entre procariontes y eucariontes. 2) Explique qué compartimiento intracelular permitió la aparición del procesamiento postranscripcional del ARNm. 3) Explique qué son los organizadores nucleolares (integración con Genética). 4) Explique qué relación existe entre la regulación de la transcripción y la diferenciación celular (integración con Embriología).

5) Explique qué relación existe entre la regulación de la Autoevaluación: 5) Explique qué relación existe entre la regulación de la transcripción y la activación de un fibrocito a fibroblasto durante el proceso de cicatrización (integración con Histología).