Tema 9: Regulación de la expresión génica en eucariotas

Objetivos tema 9: Deberán quedar bien claros los siguientes puntos: Regulación de la expresión génica en eucariotas Deberán quedar bien claros los siguientes puntos: Regulación genética durante el desarrollo Totipotencia y diferenciación Mapas de destino en el nemátodo Caenorhaditis elegans Desarrollo temprano de Drosophila Genes maternos Genes segmentales Genes homeóticos Regulación de la transcripción en eucariotas Interacción elementos cis y factores trans Metilación del DNA Regulación postrancripcional Procesamiento alternativo Generación genética de la diversidad de anticuerpos Genética del cáncer Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Desarrollo ontogenético Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

El nemátodo Caenorhaditis elegans 959 células somáticas Ciclo vida 3,5 días Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

El nemátodo Caenorhaditis elegans 959 células somáticas Ciclo vida 3,5 días Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Mapa de destino celular en C. elegans Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Mapa de destino celular Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Juego de herramientas genéticas (Genetic toolkit): Conjunto de herramientas común que pueden utilizarse para crear muchas estructuras Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Genes maternos: crean gradiente citoplasmático en el huevo y su origen es materno bicoid: segmentos anteriores nanos: segmentos posteriores Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Genes de segmentación (aprx. 20): determinan el número y la organización de los segmentos Genes gap: regiones del embrión Genes regla de pares (pair-rules): definen pares de segmentos Genes de polaridad de segmento: definen segmentos individuales Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Genes homeóticos: determinan la identidad de los segmentos. Se descubrieron a partir del estudio de mutantes homeóticos Mutante bithorax Mutante Antennapedia Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Mutante bithorax Mutante Antennapedia Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Mutante Antennapedia Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas La expresión ectópica del gen homeótico eyeless produce la formación de las estructuras del ojo en una pata de Drosophila Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Genes homeóticos: determinan la identidad de los segmentos. Secuencia reguladora característica denominada homeobox -> Sec. DNA 180 pb, determinan sitios de unión DNA (motivo hélice-giro-hélice). Muy conservado entre especies Complejo Antennapedia: grupos de genes homeóticos que controlan la identidad de los segmentos anteriores Complejo bithorax: grupos de genes homeóticos que controlan la identidad de los segmentos posteriores Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Conservacion evolutiva de los genes homeóticos (Hox) Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas Genes Hox Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas Filogenia genes Hox Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Esquema resumen de la cascada jerárquica de activación de genes Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Patrones de expresión de genes Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Patrones de expresión de genes herramientas Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: Interacción elementos cis y factores trans Elementos cis: promotores, intensificadores (enhancers) y silenciadores Factores trans: factores de transcripción con dos dominios. Unión DNA e Inicio transcripción (algunos deben unirse antes a la RNA pol) Dominios unión al DNA (diferentes clases) Motivo dedo de zinc Motivo hélice-giro-hélice Motivo cremallera de leucina Motivo puños de cobre Hormonas esteroides Remodelamiento de la cromatina por proteínas y activación génica Metilación del DNA Regulación postranscripcional Procesamiento alternativo iRNA Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: Interacción elementos cis y factores trans Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: Interacción elementos cis y factores trans Elementos cis: promotores, intensificadores (enhancers) y silenciadores Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: Interacción elementos cis y factores trans Factores trans: factores de transcripción con dos dominios. Unión DNA e Inicio transcripción (algunos deben unirse antes a la RNA pol) Dominios unión al DNA (diferentes clases) Motivo dedo de zinc Motivo hélice-giro-hélice Motivo cremallera de leucina Motivo puños de cobre Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Regulación de la expresión génica en eucariotas Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: Interacción elementos cis y factores trans Factores trans: factores de transcripción con dos dominios. Unión DNA e Inicio transcripción (algunos deben unirse antes a la RNA pol) Hormonas esteroides Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: Remodelamiento de la cromatina por proteínas y activación génica: código de las histonas (colas de histonas cuyos residuos de lisina pueden modicarse mediante la unión de grupos acetilo y metilo) Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: Metilación del DNA en las regiones reguladoras de un gen que se hereda (herencia epigenética)-> Impronta parental (Parental imprinting) Metiltransferasa Citosina Metil-Citosina Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: Regulación postranscripcional Procesamiento alternativo RNA interference, microRNAs (miRNA) Procesamiento alternativo Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: Regulación postranscripcional Procesamiento alternativo RNA interference, microRNAs (miRNA) microRNAs A group of small RNA molecules, distinct from but related to siRNAs, have been identified in a variety of organisms. These small RNAs, called microRNAs (miRNAs), are transcribed as parts of longer RNA molecules that can be as long as 1000 nt. The RNAs are processed in the nucleus into hairpin RNAs of 70-100 nt by the dsRNA-specific ribonuclease Drosha.  The hairpin RNAs are transported to the cytoplasm via a transportin-5 dependent mechanism where they are digested by a second, double-strand specific ribonuclease called Dicer.  The resulting 19-23 mer miRNA is bound by a complex that is similar to the RNA-Induced Silencing Complex (RISC) that participates in RNA interference (RNAi).  In animals, the complex-bound, single-stranded miRNA binds specific mRNAs through sequences that are significantly, though not completely, complementary to the mRNA.  By a mechanism that is not fully characterized— but which apparently does not involve mRNA degradation as in RNAi— the bound mRNA remains untranslated, resulting in reduced expression of the corresponding gene. The function of most miRNAs is not known. A number of miRNAs, however, seem to be involved in gene regulation. Some of these miRNAs, including lin-4 and let-7, inhibit protein synthesis by binding to partially complementary 3' untranslated regions (3' UTRs) of target mRNAs. Others, including the Scarecrow miRNA found in plants, function like siRNA and bind to perfectly complementary mRNA sequences to destroy the target transcript (1). Some miRNAs, such as lin-4, let-7, mir-14, mir-23, and bantam, have been shown to play critical roles in cell differentiation and tissue development (2,3). Others are believed to have similarly important roles because of their differential spatial and temporal expression patterns. There is speculation that miRNAs may represent a new aspect of gene regulation, and there is intense interest among researchers around the world in their targets and mechanism of action. Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas Genética del cáncer Crecimiento incontrolado clon celular -> Metástasis. Selección natural entre células somáticas de un organismo que escapan al control del organismos Tipos: Leucemia (glóbulos blancos) Linfoma (linfocitos) Sarcoma (mesodermo: huesos, músculos) Carcinoma (epitelio: piel, glándulas, mama) 85% cánceres Teoría mutacional y teoría vírica -> Fusión: Mutaciones somáticas Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas Genética del cáncer Metástasis Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas Genética del cáncer Causas genéticas Tres tipos de genes: Oncogenes: promueven proliferación celular (protooncogén). Muy conservados evolutivamente. Patrón autosómico dominante Genes supresores de tumores (TS): Inhiben la proliferación celular. Patrón autosómico recesivo. (P53, el guardían del genoma –se expresa ante la falta de oxígeno, toxicidad ambiental, daños DNA) Genes mutadores: genes que aumentan la tasa de mutación del conjunto del genoma Metáfora del autobús Acelerador = protooncogén Freno = TS genes Saboteador = genes mutadores Causas ambientales Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas Links de interés Animación genes maestros que controlan el diseño corporal Genesis of the body plan of Drosophila (Biology molecular of the Cell on line) Control of gene expression in eukaryotes Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas