Síntesis y procesamiento del transcriptoma

la transcripcion es solo el primer paso del proceso de expresion genica, aunque vamos a evaluar el destino de mensajeros individuales hay que considerar que lo importante es el transcriptoma. ?PORQUE SE REQUIERE DE UN TRANSCRIPTOMA? POR LA FLEXIBILIDAD DEL CONTROL MEDIANTE EL RECAMBIO EL TRANSCRIPTOMA CAMB IA DURANTE EL DESARROLLO Y LA DIFERENCIACION. AUNQUE LA MAYOR PARTE DE ESTOS CAMBIOS SE CONTROLAN A NIVEL DE INICION DE LA TRANSCRIPCION MUCHAS VECES TAMBIEN SE PROCESA A NIVEL POSTRANSCRIPCIONAL. EL TRANSCRIPTOMA NO SE SINTETIZA DE NOVO NUNCA, SINO QUE SE HEREDA, DE UNA MANERA ESTRICTA, LA TRANSCRIPCION NO SINTETIZA ELTRANSCRITOMA SINO QUE LO MANTIENE MEDIANTE LA REPOSICION PROGRAMADA DE ALGUNOS MENSAJEROS DEGRADADOSY Y MODULA LA COMPOSICION DEL TRANSCRIPTOMA PRENDIENDO Y APAGANDO GENES.

CARACTERISTICAS DEL TRANSCRIPTOMA Procariotes Eucariotes 0.05-0.1 pg por célula (6%) 20-30 pg por célula (1%) Vida media 2-5’ Vida media min-horas Policistrónicos Monocistrónicos Rara vez modificados Siempre modificados Usados inmediatamente Transportados a citoplasma

LA MEJOR FORMA DE ENTENDER EL TRANSCRIPTOMA ES ORGANIZANDOLO EN DIFERENTES CATEGORIAS DEPENDIENDO DE LA FUNCION EL RIBOSOMAL COMPRENDE EL80% DEL RNA TOTAL..

Etapas de la expresión genética en procariotes Transcripción Traducción (Procesamiento post-traduccional) Proteína madura

Recambio del transcriptoma bacteriano E. coli presenta al menos cuatro endo-ribonucleasas (RNAsa III, E, G, y I/M), siete exonucleasas 3’→ 5’, cinco exonucleasas (RNAsa II, R, BN, PH, D, T) y polinucleotido fosforilasa (PNPasa). No se han encontrado endo-ribonucleasas con actividad 5’ → 3’. En algunos casos (~2% de la población de mRNA), la adición de una cola de poliA favorece su degradación controlada. La tasa de degradación correlaciona directamente con la longitud del tracto de poliA. mRNA decay in Escherichia coli comes of age. Kushner, S.R. J. Bacteriol. 2002, 184:4658-4665 Processing endoribonucleases and mRNA degradation in bacteria. Kennell,D. 2002, 184:4645-4657. RNA processing and degradation in Bacillus subtilis. Condon, C. 2003. 67:157-174.

Iniciación de la degradación: el degradosoma Organización modular de RNAsaE: 1,061 aa organizados en tres dominios: Los primeros 500 aa contienen el sitio de endonucleasa, de 597 a 684 está el sitio de unión al RNA, en el extremo carboxilo está el sitio de anclaje para el degradosoma. RhlB Eno Initiation of mRNA degradation by the Rnase E-based degradosome. In this model, the degradosome, comosed of Rnase E, PNPase, the RhlB RNA helicase, and enolase (Eno), is associated with the transcript through the binding of PNPase to the poly(a) tail that has been added following the Rho-independent transcription terminator and the attachment of Rnase E to the 5’ end. After the initial endonucleolytic cleavages (arrows) occur, the subsequent steps are similar to those shown in the following figures. mRNA decay in Escherichia coli comes of age. Kushner, S.R. J. Bacteriol. 2002, 184:4658-4665 Processing endoribonucleases and mRNA degradation in bacteria. Kennell,D. 2002, 184:4645-4657. RNA processing and degradation in Bacillus subtilis. Condon, C. 2003. 67:157-174. PNPasa AAAAAA 5’ RNAsa E

Otra propuesta para la iniciación de la degradación AAAAAAA RBS RNAsa E/G PNPasa, RNAsa II, RNAsa R y PAP I oligoribonucleasa mononucleotidos Degradation of mRNAs employing RNAses E and G for the initial endonucleolytic cleavages. In this model, RNAse E and PNPase are not assumed to be associated to the degradosoma. Either RNAseE or G can move processively (red arrows) in the 5’ 3’ direction, generating a series of smaller breakdown products that are subsecuently degraded as described in fig. of the kushner paper. The final step in mRNA decay involves oligoribonuclease hydrolyzing the 4- to 7-mers that do not function as effective substrates for PNPase, RNAseIII and RNAseR. RBS, ribosome binding site, PAPI poly(A)polymerase. mRNA decay in Escherichia coli comes of age. Kushner, S.R. J. Bacteriol. 2002, 184:4658-4665 Processing endoribonucleases and mRNA degradation in bacteria. Kennell,D. 2002, 184:4645-4657. RNA processing and degradation in Bacillus subtilis. Condon, C. 2003. 67:157-174.

¿Qué pasa con los RNAs no codificantes? Durante fase exponencial la integridad del 98% del contenido de RNA de una célula bacteriana es prácticamente estable. Esto cambia en condiciones de depleción de nutrientes, donde se observa una degradación rápida y extensiva de las pozas de rRNA. Los nutrientes indispensables son fosfato, carbono, nitrógeno, magnesio. También son detonantes la presencia de algunos antibióticos, solventes, metales pesados, etc. Degradation of stable RNA in bacteria. Deutscher M.P. Journal of Biol. Chem. 2003, 278:45041-45044. RNA quality control: degradation of defective transfer RNA. Li, Reimers, Pandit, Deutscher. EMBO J. 2002, 21:1132-1138.

¿Qué se observa? Bajo condiciones de desnutrición, lo primero que se degrada son los polisomas, luego los monosomas y al final las subunidades libres. Una vez que se detona la degradación, se pierde hasta al 95% de los ribosomas. Interesantemente, solo el rRNA, no el tRNA ni las proteínas ribosomales. Este mismo fenómeno se observa en fase estacionaria y bajo condiciones limitantes del crecimiento. Si se sobre-expresan intencionalmente algunos rRNAs, el exceso no titulado por proteínas ribosomales es removido selectivamente. Degradation of stable RNA in bacteria. Deutscher M.P. Journal of Biol. Chem. 2003, 278:45041-45044. RNA quality control: degradation of defective transfer RNA. Li, Reimers, Pandit, Deutscher. EMBO J. 2002, 21:1132-1138.

¿Cómo se lleva a cabo? En condiciones fisiológicas, algunas RNAsas celulares como PNPasa y RNAsaR monitorean el correcto ensamblaje de los ribosomas y degradas partículas incorrectas o los excesos de rRNAs. Bajo condiciones críticas, la endonucleasa RNAsaI, que normalmente se encuentra secuestrada en periplasma, entra en contacto con los ribosomas y degrada rápida e inespecíficamente. Degradation of stable RNA in bacteria. Deutscher M.P. Journal of Biol. Chem. 2003, 278:45041-45044. RNA quality control: degradation of defective transfer RNA. Li, Reimers, Pandit, Deutscher. EMBO J. 2002, 21:1132-1138.

En los eucariotes, los rRNAs, tRNAs y mRNAS son transportados del nucleo al citoplasma para cumplir su funcion. Tambien algunos snRNA y snoRNA son transportados al citoplasma donde se recubren de proteinas antes de regresar al nucleo a llevar a cabo su funcion en el procesamiento del RNA. El poro nuclear no es un hoyo en la membrana nuclear sino que contiene un ensamblaje de proteinas en forma de anillo embebido en la membrana del nucleo con estructuras irradiando tanto hacia dentro como hacia fuera. El poro tiene un diametro de 120 nm.

Etapas de la expresión genética en eucariotes Transcripción Procesamiento post-transcripcional Traducción Procesamiento post-traduccional Proteína madura

Funciones De Las Tres RNA Polimerasas Eucarioticas RNA polimerasa I rRNAs 28S, 5.8S y 18S RNA polimerasa II genes codificantes, casi todos los snRNA RNA polimerasa III tRNAs, rRNA 5S, U6-snRNA, snoRNAs, scRNAs

Factores De Elongacion Para La Polimerasa II Eucariotica P-TEFb, TFIIS (SII) suprimen las pausas de la polimerasa naturales al recorrer una region rica en estructuras intra-cadena (p.ej. tallo-asa) ELL, Elongina, TFIIF previene el arresto de la polimerasa al liberar prematuramente el extremo 3’ del transcrito

Cap0

Cap1

Cap2

CPSF cleavage and polyadenylation specificity factor CstF cleavage stimulation factor

¿Cuál Es El Papel Evolutivo De Los Intrones?

Origen de los intrones intron early vs intron late Los intrones son ancestrales Permitieron la evolución de los genomas primigenios por “exon shuffling” Se perdieron de los procariotes como un consecuencia secundaria de la optimización de los genomas Los intrones son una adquisición reciente de los eucariotes multicelulares. Se originarion más o menos al azar en genes preexistentes.

Tipos De intrones GU-AG AU-AC Grupo I Grupo II Grupo III Intrones gemelos pre-tRNA Arqueales pre-mRNA nuclear eucariote pre-rRNA nuclear eucariote RNAs de organelos pre-tRNA nuclear eucariote varios RNAs