Regulación génica

Regulación génica a Nivel transcripcional Yudy Aguilar. Bact., Ph.D(c)

Universidad de Antioquia

Regulación de la expresión de los genes

FIBRA MUSCULAR HEPATOCITO

El mismo genoma, pero

función distinta

¿CÓMO ES POSIBLE?

MEDIANTE PATRONES DE REGULACIÓN GÉNICA

Control de la expresión génica

constitutivos

inducibles

represibles

catabolismo de azúcares

reparación de daños

estructuras

reguladores

síntesis de aminoácidos

síntesis de nucleótidos

Un gen: Es una secuencia de nucleótidos en la molécula de ADN, equivalente a una unidad de transcripción.

Niveles de Regulación génica • Transcripción (síntesis de ARNs a partir de ADN)

• Maduración (modificación de los ARNs sintetizados, no es común en procariotas)

• Traducción (síntesis de proteínas)

A B B B B

B B B B

B B B B

B B B B

Regulación traduccional

Los genes se expresan con diferente eficiencia

y se regulan por distintos mecanismos

Resultando en un aumento en la cantidad de proteína

Los genes se expresan con diferente eficiencia

y se regulan por distintos mecanismos

Regulación transcripcional

Aumenta el número de transcritos

Resultando en un aumento en la cantidad de proteína

En bacterias, el principal nivel de

regulación es el transcripcional

GENE CON

Regulación positiva (+)

El gene “se enciende”

(se empieza a transcribir o

se transcribe más)

GENE CON

Regulación negativa (-)

El gene “se apaga”

(no se transcribe o se

transcribe menos)

Niveles de regulación superior al operón. Estos constituyen el sistema de regulación global Regulones: Varios operones asociados a una vía bajo el control

Niveles de regulación superior al operón.

• Estos constituyen el sistema de regulación global

• Formado por

• Regulones: conjunto de operones asociados a una vía, función o proceso común bajo el control de la misma proteína reguladora

• Modulones: conjunto de operones relacionados a vías o funciones múltiples que responden a una proteína reguladora común

• Estimulones: conjunto de operones, regulones o modulones que responden frente a una señal ambiental común. Ej. Quorum sensing en bacterias

En bacterias los genes están organizados

en operones

DNA

RNA polimerasa

Un operón es un conjunto de genes, localizados contiguamente en el DNA, que obedece a las mismas señales de encendido o apagado.

P: promotor de los genes estructurales E1, E2, E3 y E4

R: regulador (codifica una proteína represora que regula la

transcripción de los genes estructurales)

O: operador (secuencia reconocida por la proteína represora

que impide la transcripción)

Componentes de un operón

DNA

RNA polimerasa

Los operones se pueden clasificar según su regulación

Control negativo: el regulador es un REPRESOR

Control positivo: el regulador es un ACTIVADOR

Expresión inducible: El modelo del Operón lac

F. Jacob J. Monod A. Lwoff

Genes estructurales lac

Genes estructurales lac

El represor unido al sito operador

previene la transcripción de los

genes z, y, a

Cuando no hay lactosa en el medio,

el operón lac está apagado

Cuando hay lactosa en el medio, el represor se

disocia del operador y los genes z, y, a pueden

ser transcritos

El inductor se une al represor y éste

ya no se une al DNA. La RNA

polimerasa reconoce al promotor y

transcribe los genes estructurales

El Operon lac se activa para poder utilizar

a la lactosa como fuente de carbono

Genes estructurales

Gen regulador

La lactosa es convertida a alolactosa por la b

galactosidasa. La alolactosa es el inductor

del operón lac.

La activación del operón lac requiere la participación de un activador: CRP o CAP

Activador CRP. cAMP receptor protein

También se le llama CAP: Catabolite Activator Protein.

Si los niveles de glucosa son altos, hay poco cAMP.

Si los niveles de glucosa son bajos, hay mucho cAMP.

CRP une cAMP

Este activador regula la expresión con base en los niveles de glucosa presentes en el sistema

Cuando los niveles de cAMP se incrementan, éste se une a la CRP

El complejo CRP-cAMP se une al promotor del operón de lactosa y causa un giro en el DNA que facilita la unión de

la RNA polimerasa al promotor, activándolo.

El complejo CRP-cAMP se une al promotor del operón

de lactosa facilitando la unión de la RNA polimerasa al

promotor e incrementando 50 veces la transcripción

RNApol

No se transcribe

¿Cómo se regula el operón lac cuando hay

glucosa en el medio?

Regulación

negativa

Represor

+ glucosa – lactosa

+ glucosa + lactosa

Debido a la presencia de lactosa el represor se inactiva, por lo que el

operón se transcribe, aunque a un nivel bajo (transcripción basal).

¿Qué le pasa al operón lac en presencia

de lactosa aún cuando exista glucosa?

inductor (lactosa)

La célula prefiere usar la glucosa que otro azúcar

RNApol

Regulación

positiva La transcripción es alta

Activador

¿Qué le pasa al operón lac cuando hay

lactosa en el medio y no hay glucosa?

- glucosa + lactosa

- glucosa - lactosa

¡No hay transcripción!

¿Qué le pasa al operón lac cuando no hay

glucosa ni tampoco lactosa?

Como el represor está unido al promotor

RNApol

Aunque los niveles de cAMP sean altos y el activador esté presente....

Biosíntesis de Trp y su operón

Cuando hay triptófano en el medio: Regulación Negativa

Ausencia de triptófano en el medio: Regulación Positiva

En el operón de triptófano hay una región atenuadora

en la que dos codones para Trp se encuentran muy

juntos

[Trp] alta: el ribosoma traduce rápidamente el mRNA incluyendo los dos codones de Trp.=> forma un tallo-asa que provoca la terminación de la transcripción.

[Trp ] baja: el ribosoma se detiene en los codones de Trp, por lo que no se forma el tallo-asa y la transcripción continua.

Atenuación transcripcional

Niveles altos de

triptófano

Niveles bajos de

triptófano

Polipéptido en

crecimiento

Polipéptido en

crecimiento

Transcripción

continua

Atenuador

ARNpoli se

separa del molde

Bucle formado por unión de

región 3 y 4 señala

terminación de transcripción

Ribosoma se une a región 1

Bucle alternativo entre

regiones 2 y 3 (no señal de

terminación de transcripción)

Mecanismos de control en eucariotes

Genoma

• Replicación selectiva de ciertos genes

• Reordenamiento de genes

• Condensación cromatina

• Metilación ADN

• Acetilación de histonas

Modificaciones en la cromatina relacionadas con la transcripción

Código de las histonas: metilación, fosforilación y acetilación

Factores remodeladores del nucleosoma: no se modifican las histonas

Acetilación de las histonas Acetilación de los residuos de lisina por los coactivadores con actividad acetiltransferasa de histonas (HAT)=> neutralizando la carga neta de la histona=> favoreciendo la actividad transcripcional. Correpresores con actividad desacetilasa (HDAC) de histonas=> inhibe transcripción

Secuencias de Regulación

• Promotores principales: Caja TATA e Inr=>unión específico para los factores de transcripción generales

• Secuencias de regulación en cis: controlan la expresión de

genes individuales, ej: caja GC

• Secuencias localizadas a distancia que ligan factores transcripcionales que regulan la RNA pol • Estimuladores (enhancers) si estimulan

• Silenciadores (silencers) si la inhiben

• Aisladores (insulators): dividen a los crs en dominios independientes e impiden que los enhancer actúen sobre promotores adyacentes

Secuencias de Regulación

Acción de factores unidos a enhancer y promotor sobre la ARN polimerasa

Acción de los represores eucarióticos

Dominios de unión al ADN

FTRIIIA, factores reguladores de los promotores, receptores de homonas esteroideas

Proteias activadora de catabolitos (CAP)

Acción de los represores eucarióticos

Activador

Represor

Represor compite con el

activador por unión al ADN

Dominio

represor

Dominio de

unión al ADN

Represor se une al ADN e inhibe la

transcripción

También actúa con correpresores que actúan modificando la cromatina

Regulación de factores de transcripción: fosoforilación Ej. p53

PCNA: antígeno de proliferación nuclear

Estabilización

y aumento de

los niveles de

p53

Regulación de factores de transcripción: hormonal

Control a nivel del procesamiento RNAm • Regulado por el splicing alternativo: Mediante un solo gen

puede codificar una o más proteínas relacionadas.

• http://web.mit.edu/bioedgroup/animations.htm

• http://highered.mcgraw-hill.com/sites/007337797x/student_view0/chapter13/flashcards.html

• http://cdserv1.wbut.ac.in/0-8053-4665-1/bc_russell_igen_mol_2/0,13714,5132917-,00.html