Regulación génica Flashcards
Tipos de genes
Constitutivo y regulados.
Genes constitutivos
Son aquellos que se expresan continuamente durante el ciclo vital de una célula. Corresponden a genes importantes para el metabolismo celular.
Ejemplos de genes constitutivos
Genes de histonas, genes de proteínas ribosomales, genes de RNA ribosomales, o genes que participan como enzimas en el ciclo de Krebs.
Genes regulados
Son aquellos que se expresan sólo en determinados momentos de la vida de una célula. La
mayoría de los genes.
Genes regulados en eucariontes y procariontes
- En eucariontes: ocurre regulación de la expresión en todos los niveles
- En procariontes: el nivel más importante de regulación génica es el transcripcional.
Cromosoma metafásico
Compactado, sin transcripción cromosómica.
¿En qué estado puede ocurrir la expresión génica?
Para que ocurra expresión génica y por lo tanto transcripción, en el sector donde se van a expresar genes se debe producir la descompactación del DNA.
Activación de la expresión génica en eucariotas
Durante la fase 1, la estructura de una región local de la cromatina, se modifica en preparación para la transcripción y esta preparación significa descompactación de la cromatina. En la fase 2, las proteínas génicas reguladoras se unen a zonas específicas de la cromatina descompactada, induciendo la síntesis de RNA mensajero.
Comprobación de que la expresión génica requiere de la compactación del DNA
Se utilizaron los cromosomas politénicos o cromosomas gigantes, los cuales existen en las glándulas salivales de la drosophila melanogaster. Su genotipo consta de 4 pares de cromosomas. En las glándulas salivales de la mosca se requiere una gran expresión génica para la metamorfosis de la mosca. Son gigantes porque consta de 1029 cromátidas. En este caso la cromatina inicial se divide muchas veces hasta llegar al número de 1029 cromátidas, que conforman cada uno de los cromosomas.
Un cromosoma está formado por
Una cromátida.
Regiones claras y oscuras
Interbandas y bandas
Puffing
En un sector del cromosoma se forma un puff (abultamiento), luego este puff puede desaparecer y formarse otro, en otra región cromosómica.
Uridina
Precursor de lo RNA
Uridina tritiada en los cromosomas politénicos
Se colocaron los cromosomas politécnicos en un medio con la uriddina tritiada, posteriormente del tiempo de incubación, sobre la preparación se coloco un fin fotográfico, en este la radioactividad impacta generando los puntos negros observados - técnica: autorradiografía.
Autorradiograma
El autorradiograma muestra que las mayores densidades de puntos, se encuentran sobre las regiones expandidas de los cromosomas o puff, lo que muestra que en estos lugares son los que presentan una síntesis de RNA más activa.
Segundo experimento de autorradiografía
En este caso el RNA puede ser sintetizado solo en una parte del puff, mientras que el resto del puff contiene cromatina condensada que no es transcrita. Una vez formado un puff, pueden haber varios genes, sin embargo, no todos esos genes pueden ser transcritos, no necesariamente todos los genes que estarían incluidos en esta descondensación se están expresando.
Formación de puff en un cromosoma politénico
La cromatina compactada forma bandas y cromatina descompactada
forma interbandas, siendo esta cromatina la de conexión. A partir de una banda se produce una descompactación y esta forma un puff, dentro de este puede haber expresión génica y en el que más se muestran los transcritos de RNA mensajero, mediante un rayado negro.
Cromosomas plumulados
En ovocitos y anfibios (metabolismo activo).
Formados por un eje central y bucles anclados (descompactado).
Cromatina condensada en los cromómeros (región de anclaje).
Regulación génica pretranscripcional
Compactación y descompactación del DNA
Niveles de regulación a nivel transcripcional
- Unión de factores de transcripción a tejidos específicos a elementos de un gen
- Unión de hormonas, factores de crecimiento u otros intermediarios, que se unen también a elementos específicos de un gen
- Uso de promotores alternativos en un solo gen
Mecanismos de regulación postranscripcional
- Splicing alternativo
- Poliadenilación alternativa
- Edición del RNA
- Mecanismos de control transcripcional
Fenómenos epigenéticos que implican regulación de grandes sectores de la cromatina
- Exclusión alélica
- Inactivación del cromosoma X
- Algunos efectos de posición que permiten regular sectores amplios de la cromatina en la expresión génica.
Gen eucariótico
Región regulatoria (promotor), región codificante (exones e intrones)
VERDADERO O FALSO: Los intrones son más grandes que los exones.
Verdadero.
¿Dónde se ubican las regiones regulatorias?
5’P y 3’OH
Esquematización del gen
Precediendo a la región regulatoria, está otra secuencia regulatoria fuera del gen y posterior a la región estructura, otra secuencia regulatoria fuera del gen. El sitio de inicio de la transcripción se conoce como nucleótido+1.
Promotor (componentes)
El promotor está formado por una serie
de secuencias cortas denominadas cajas, por ejemplo la caja TATA o las caja CAAT.
Región estructural
Al nucleótido+1, lo sigue una región denominada 5’UTR (región transcrita pero no traducida). Al final de esto, están las primeras 3 bases que corresponden al codón
de inicio: ATG. Luego tenemos la matriz de exones e intrones y al final del último axón tenemos las últimas 3 bases que pueden ser: TGA, TAA o TAG, que codifican para uno de los 3 posibles codones de terminación stop. Finalmente la región 3’UTR.
¿Cuál es la dirección de la transmisión?
La dirección de la transcripción es de 5’P a 3’OH.
Señal de poliadenilación
Un RNA mensajero maduro, listo para ir desde el núcleo al citoplasma, tiene en la región 5’P el CAP y en la región 3’OH se le adiciona la cola poli A, esta consta de 200-250 adeninas. Tanto el CAP como la poli A, tienen como objetivo estabilizar el mensajero y evitar su degradación en el tránsito, por la gran cantidad de RNAsas que existen en el núcleo.
VERDADERO O FALSO: Al esquematizar una hebra de ADN siempre se escribe su secuencia en sentido 5’ a 3’
Verdadero
Nomenclatura de río arriba y abajo
Menos y más, en paréntesis
Promotor (definición)
Combinación de secuencias cortas, generalmente localizadas en una región inmediatamente anterior a la región estructural del gen. A menudo a 200 pb del inicio de la transcripción. Su rol es iniciar el proceso.
Promotor (regiones)
- Zona distal del promotor: alejada de la región codificante
- Zona proximal del promotor
- Región Core del promotor: cercana a la
región codificante. Más importante
Región Core
Contiene los elementos que permiten la transcripción basal de un gen: caja TATA, BRE, INR y DPE.
DPE
Las secuencias DPE son un elemento promotor localizado río abajo en posición +30 tienen como objetivo disminuir la velocidad de transcripción
INR
Las INR son secuencias iniciadoras localizadas en el sitio de partida de la transcripción.
BRE
Las secuencias BRE que son reconocidas por el factor de transcripción IIB.
Caja TATA
son reconocidas por una proteína de unión o de binding protein TATA, la que es una subunidad del factor de transcripción IID.
Región promotora proximal
Contiene elementos ubicados en la región río arriba del promotor entre las posiciones -200 a -50. Sus elementos son sitios de reconocimiento de factores de transcripción. Cajas CG (unidas por enlaces fosfato) y cajas CCAAT
Cajas CPG
Citocinas y guaninas, unas detrás de otras en una sola cadena de DNA. Citocinas se pueden metilar, y cuando están metiladas el DNA está compactado, cuando están desmetiladas el DNA está descompactado, permitiendo que desde la
fase de regulación pretranscripcional, podamos entrar en la fase de regulación transcripcional.
Enhancers
Reguladores positivos de la transcripción, es decir, aumentan la velocidad de transcripción. Esta transcripción basal se inicia a nivel del core del promotor y las cajas CG y CAAT actúan como enhancers.
Silenciadores
Reguladores negativos de la transcripción, disminuyen la velocidad de la
transcripción basal.
En humanos, se encuentran cerca del promotor río arriba y dentro de intrones.
Elementos limites (aisladores)
Regiones de DNA de 0.5 - 3 kb, cuya función es bloquear la dispersión de la acción de los enhancers o de los silenciadores. Teniendo en cuenta que tanto los enhancers o silenciadores de un gen podrían actuar bloqueando o estimulando al otro.
Elementos de respuesta
Moduladores de la transcripción en respuestas a elementos externos tales como hormonas o AMPc.
Promotores alternativos (transcripción alternativa)
Generan distintas isoformas con propiedades diferentes que pueden permitir:
- Expresión tejido específica (distrofina humana).
- Expresión específica en distintos estados del desarrollo (insulina).
- Localización subcelular diferencial (isoformas solubles o unidas a membrana).
- Capacidad funcional diferencial (receptor de progesterona).
- Regulación de expresión de genes sexo específicos.
Gen de la distrofina (promotores)
Es un gen con 8 promotores distintos que por lo tanto puede expresarse en diferentes tipos celulares de distintos tejidos. L en linfocitos; promotor C
en corteza cerebral; M en músculo; P en células de Purkinje; R en retina; CNS en SNC; S en células de Schwann y G es un promotor general. Esto permite que un mismo gen produzca 8 proteínas diferentes.
Gen de distrofina (músculo)
En el músculo este gen sintetiza una proteína del mismo nombre, la cual es una especie de envoltura alrededor de los fascículos musculares para evitar que durante las contracciones y
relajaciones musculares se produzca un deterioro de estos.
Distrofias musculares de Duchenne y de Becker
Enfermedades degenerativas que finalmente conducen a la muerte.
Hormonas esteroidales (ejemplos)
Estrógenos, progesterona, glucocorticoides
Receptores esteroidales
Constan de: una región variable denominada I, una región de unión a GR denominada II y una región de unión a la hormona denominada III.
Hormonas esteroidales y su receptor (modelo de regulación génica dependiente de hormona esteroidal)
Son lipídicas, capaces de atravesar la membrana
plasmática. Sin embargo, una vez en el citoplasma (acuoso) deben unirse a un receptor. Cuando no hay hormona, el receptor (región III) está unido a proteínas que bloquean la entrada del receptor al
núcleo. La hormona desplaza estas proteínas y el complejo hormona-receptor
entra al núcleo en donde a través de la región II se une a los elementos de respuesta al DNA y
una vez unido estimula la expresión génica.
Regulación post-transcripcional
- Splicing alternativo (calcitonina).
- Poliadenilación alternativa (calcitonina).
- Edición del RNA (mRNA de la lipoproteína APOB con distinta edición en el hígado y el intestino).
Edición del RNA
una forma de procesamiento post-transcripcional que involucra la
inserción o deleción de nucleótidos, o la sustitución de varios nucleótidos en el RNA.
Splicing alternativo
Fenómeno en el cual los exones de un gen pueden tener distintos
empalmes. Así se generan proteínas estructural y funcionalmente diferentes.
El número de genes codificante para proteínas es del orden de 21.000 en genoma humano, pero
No es suficiente para la
estructura y funcionamiento de un organismo tan complejo. Splicing alternativo permite aumentar el número de proteínas obtenidas a partir de estos
21.000 genes. No todos los genes tienen splicing alternativo pero aquellos que lo tienen
permiten aumentar este número.
Mecanismo de splicing
Las regiones aceptoras y dadoras de splicing que se ubican en los extremos de los intrones son
reconocidas por enzimas del spliceosoma, se forma un loop y luego otras enzimas del spliceosoma producen el corte.
Calcitonina (específico)
la estructura del gen de la calcitonina formado por los exones 1, 2, 3, 4, 5A y 5B. Este gen está presente en todos los tejidos del organismo humano, sin embargo, se expresa en tiroides y tejido neural. En tiroides mediante la unión de los exones 1, 2, 3 y 4 se da origen a la calcitonina que es una hormona que regula la calcemia y la fosfatemia. Por splicing alternativo en el tejido neural por unión de los exones 1, 2, 3, 5A
y 5B se da origen a un péptido relacionado con el gen de la calcitonina pero con estructura y funcionalidad diferente.
Tropomiosina
Este gen está presente al igual que todos los genes, en todos los tejidos del organismo, sin embargo, se expresa en músculo estriado, músculo liso, mioblastoma, fibroblastos, hepatoma y en cerebro. En todos estos tejidos el gen da origen a proteínas diferentes (8) por splicing diferencial.
Poliadenilación alternativa
Cuando ocurre splicing alternativo también debe ocurrir poliadenilación alternativa.
Para esto deben existir tantas señales de poliadenilación como distintos empalmes ocurran.
Edición del RNA
Es una forma de procesamiento post-transcripcional que involucra inserción o deleción de
nucleótidos, o la sustitución de varios nucleótidos de RNA.
Lipoproteína APOB
mRNA de la lipoproteína APOB con distinta edición en el hígado y en el intestino.
- Hígado: APOB100, mRNA 14,1 kb y proteína de 4.536 aa.
- Intestino: APOB 48, mRNA 7,4 kb y proteína de 2.152 aa.
El cambio de C x U (A en hígado) en la posición 6.666 genera un codón de término (UAA) y produce APOB48 (intestino).
Mecanismos epigenéticos
No son atribuibles a la secuencia del
DNA.
No se conoce como se establece la expresión génica tejido específica.
Estos pueden asegurar que la expresión diferencial se herede en forma estable de una célula a otra.
Metilación del DNA.
Metilación del DNA
● En los vertebrados sólo las C pueden ser metiladas
● Aproximadamente en el DNA, el 3% de las C están metiladas y están formando parte de
las islas CpG. Un porcentaje menor ocurre en secuencias CpNpg.
● Los dinucleótidos CpG son metilados por citocinas metiltransferasas específicas.
Roles de la metilación
a) Evitar la transposición (defensa)
b) Regulación génica, ya que la metilación a nivel de las islas CpG de los promotores
silencia la transcripción.
Metilación y acetilación de las histonas
La metilación y la acetilación de las histonas son mecanismos coordinados y son los
mecanismos que permiten la compactación y descompactación, es decir, la regulación
pretranscripcional.
Metilación en desarrollo embrionario
Cada uno de los gametos tiene una metilación de novo y específica.
En el cigoto se produce una demetilación muy rápida en el embrión
temprano, la que permite la totipotencialidad. A partir de la gástrula se van a formar todos los tejidos que forman un organismo y algunas líneas celulares van a dar origen a los distintos tipos de células somáticas, produciéndose ahí una metilación de novo específica. Otra metilación distinta va a afectar a todas aquellas células originan los anexos embrionarios y otra metilación diferente sobre las células germinales primordiales que van a dar origen a los gametos.
Totipotencialidad
Expresión de todo el genoma en los primeros estadios del desarrollo.
VERDADERO O FALSO. La metilación regula todo el desarrollo embrionario y toda la expresión génica que ocurre en este.
Verdadero.
Metilación y compactación
Cuando la cromatina está transcripcionalmente activa la conformación de esta es descondensada, el estado de metilación es desmetilado y las histonas están acetiladas. En
cambio cuando la cromatina está transcripcionalmente inactiva la conformación de la cromatina es altamente compactada, el DNA está metilado incluyendo las regiones CpG de los
promotores y las histonas están desacetiladas.
VERDADERO O FALSO: La compactación es reversible.
Verdadero.
Involucrando una modificación temporal del DNA.
Permite expresión diferencial.
Inactivación del X
Produce dos fenómenos genéticos: exclusión alélica y expresión hemicigótica.
VERDADERO O FALSO: Existe un desbalance de dosis génicas entre machos y hembras.
Verdadero.
¿Cómo se soluciona el desbalance de dosis génicas?
Tempranamente dentro del desarrollo
embrionario se produce la heterocromatinización de uno de los cromosomas X y este forma un
corpúsculo denominado cromatina sexual o cromatina de Barr.
Heterocromatinización
Total compactación de un cromosoma X y esta compactación inactiva la expresión
génica de todo el cromosoma X que se compacta.
Las hembras de mamífero funcionan en cada célula con
Un cromosoma X (el resto se va a
heterocromatinizar para conformar la cromatina de Barr), igual que los machos.
Existen mecanismos que contienen y aseguran la existencia de 1 cromosoma X activo por cada dos
conjuntos de cromosomas.
Heterocromatización y síndromes
En los individuos 45 X (síndrome de Turner o X0) no hay presencia de cromatina de Barr porque hay 1 sólo cromosoma X. En los individuos 47 XXX se
heterocromatinizan 2 cromosomas y por lo tanto estos individuos funcionan con sólo 1
cromosoma X y los individuos 47 XXY (síndrome de Klinefelter) heterocromatinizan un solo cromosoma X y por lo tanto son varones con cromatina de Barr. Los varones normales no tienen cromatina de Barr.
Exclusión alélica y expresión hemicigótica
Cuando uno de los cromosomas X se
heterocromatiniza en las hembras se produce exclusión alélica porque las hembras funcionan
con 1 sólo en vez de 2 cromosomas como en los varones y por lo tanto hay expresión
hemicigotica, es decir, de un sólo alelo y no de ambos tanto en varones como en hembras.
Hipótesis de Lyon
Establece que la heterocromatinización del X es al azar y
que por lo tanto en estadios muy tempranos del desarrollo embrionario, en donde esta compactación ocurre, en una célula se puede compactar el X materno y en otra el X paterno.
VERDADERO O FALSO: Las hembras son un mosaico de expresión materia y paterna.
Verdadero.
¿Cuántos cromosomas activos existen en triploidias? ¿Y tetraploidias?
1 o 2 cromosomas X activos
2 cromosomas X activos
Mecanismos de inactivación del cromosoma X
- En Xq13 se ubica un sector conocido como Xic (centro de inactivación del X), esos locus que controlan el inicio y propagación de la inactivación del X.
- Por otro lado existe el gen XIST que codifica por un RNA maduro de 15 kb, el cual es
codificado por el cromosoma X inactivo, existiendo exclusión alélica y expresión
monoalélica. - El producto gen XIST es esencial para la función de XIC en iniciar la inactivación del x pero no para mantener
- El RNA producto del gen XIST se une diferencialmente a las bandas claras del bandeo G ricas en genes
Efectos de posición
Control de la expresión génica a través de la estructura de la cromatina.
La heterocromatina induce efectos de posición. En Drosophila la proximidad a centrómeros, telómeros o a bloques de heterocromatina, puede suprimir la expresión génica presumiblemente por alteración de grandes dominios de cromatina.
Dominios de cromatina
Dominios funcionales de expresión génica, en donde se organiza la cromatina.
Ejerce acción cis (misma hebra) sobre una misma hebra, sobre regiones genómicas más extensas produciéndose la regulación coordinada de la expresión de cluster genicos (segmentos de cromatina amplios).
Imprinting
El imprinting genómico corresponde a una expresión diferencial del material genético, ya sea a nivel cromosómico o alélico, dependiendo de si el material genético es de origen materno o paterno.
Translocación
La translocación produce expresión génica aberrante del sector translocado, aunque haya involucrado al gen completo y a sus regiones de control.
Evidencia que sugiere la existencia de imprinting genómico en mamíferos
- Transplante de pronúcleos
- Fenotipos triploides en humanos
- Expresión de disomía uniparentales en ratones y humanos
- Expresión fenotípica de deficiencias cromosómicas en ratones y en humanos
- Expresión génica en ratones transgénicos
- Expresión de genes específicos en ratones y en humanos
Fenómeno de imprinting genómica
Involucra modificaciones del ADN a nivel de células
somáticas. No se ha observado en toda la escala biológica.
Transporte de pronúcleos
Consiste en construir cigotos, en los cuales
todo el material nuclear es materno (ginogenético) o paterno (androgenético).
Cigoto androgenético
Habrá un desarrollo del embrión pobre y un desarrollo de placenta y envoltura normal, esta condición será letal y esta condición tiene un equivalente en humanos que es la Mola hidatidiforme.
Cigoto ginogenético
Desarrollo del embrión es normal, sin
embargo el desarrollo de la placenta y
envoltura es pobre, esta condición es letal y tiene un equivalente humano que son los teratomas ováricos.
Triple tripoidias humanas
Es una condición en la cual existen tres conjuntos cromosómicos haploides, dos derivados son
de un padre y el tercero del otro.
- Si hay dos conjuntos paternos y un conjunto materno, se genera un androide.
- Si hay dos conjuntos maternos y un conjunto paterno se genera un ginoide.
En ambos casos se producen alteraciones ya sea en el feto o en la placenta y aborto temprano.
Dosimía uniparental
Ambos cromosomas o segmentos de ambos
cromosomas homólogos provienen de un mismo padre.
Disomía uniparental materna y paterna
Disminución del tamaño del embrión y la placenta.
Aumento de tamaño del embrión y la placenta.
Síndromes y deleciones
- Deleción en 15q 11-13 (Cr 15 paterno): Síndrome Prader Willi
- Deleción en 15q 11-13 (Cr 15 materno): Síndrome de Angelman
- Deleción en 15p- (Cr paterno): Síndrome de Cri du Chat (síndrome del maullido de gato)
- Deleción de 17p (Cr paterno): Síndrome de Miller Diecker
Genes impringtados
A los pacientes les faltaran los genes de los cromosomas materno o paterno (el que no tienen).
Hay algunos con imprinting materno
(silenciados los maternos) y en el otro cromosoma están silenciados los genes paternos.
Expresión de genes específicos
La edad de
aparicion o la severidad parecen depender del sexo del padre que transmite el gen alterado.
- Síndrome de X frágil
- Corea de Huntington
- Ataxia espinocerebelar
- Hemofilia A (deficiencia de factor VIII)
- Enfermedad maniaco depresiva
Imprinting y expresión
Tempranamente durante el desarrollo embrionario, los genes paternos o maternos son silenciados mediante metilación y algunos genes solo tienen expresión materna o paterna.
Las cajas de imprinting son metiladas por metilasas específicas, y ese patrón de metilación puede ser heredado,
pero también puede ser cambiado o
borrado.
Cuando hay imprinting hay expresión
Imprinting es un
mecanismo de regulación génica
epigenético, hay expresión monoalélica de los genes imprintados.
VERDADERO O FALSO: El imprinting afecta a todos los tejidos
Falso.
VERDADERO O FALSO: El imprinting gamético requiere de borrar los imprinting previos.
Verdadero.
Explicación del imprinting gamético
el cromosoma Y en que el gen B está imprintado, y un ovocito aportando un cromosoma X en donde el gen A es impregnado. Se forma un individuo XY, en donde el cigoto tendrá una línea que dará origen a los gametos masculinos, el cromosoma Y mantiene su imprinting del gen B, pero el imprinting del cromosoma X es borrado y reimprintado para mantener el imprinting de los espermios, que es el imprinting del gen B.
