Regulación de la expresión genética
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Varios motivos median la unión de proteínas reguladoras al DNA La especificidad comprendida en el control de la transcripción requiere que las proteínas reguladoras se unan con afinidad y especificidad altas a la región correcta del DNA. Tres motivos únicos: - Hélice-giro-hélice - El dedo de cinc - Cremallera de leucina
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Varios motivos median la unión de
proteínas reguladoras al DNA
La especificidad comprendida en el control de la
transcripción requiere que las proteínas reguladoras
se unan con afinidad y especificidad altas a la región
correcta del DNA.
Tres motivos únicos:
- Hélice-giro-hélice
- El dedo de cinc
- Cremallera de leucina
Actividades de unión de las proteínas que
lleva a varias generaciones importantes
Unión debe de ser de alta afinidad al sitio específico
Regiones pequeñas de la proteína hacen contacto directo con el DNA
Las interacciones entre proteína y DNA se mantienen mediante
enlaces de hidrógeno
Los motivos que se encuentran en estas proteínas son singulares
Las proteínas con los motivos de hélice-giro-hélice o de cremallera de leucina forman dímeros, y sus sitios de unión a DNA respectivos
son palíndromos siméttricos
El motivo hélice-giro-hélice
El análisis de la
estructura
tridimensional del
regulador de la
transcripción Cro
lambda ha revelado que
cada monómero consta de tres hojas βantiparalelas y tres hélices α.
El dímero se forma
mediante asociación de las hojas β3
antiparalelas.
El diámetro promedio de una hélice α es de
1.2nm, que es la
anchura aproximada del
surco mayor en la forma
B del DNA.
El motivo dedo de cinc
La actividad de la proteína TFIIIA, un regulador
positivo de la transcripción del gen que codifica para
RNA 5S, requería cinc.
En algunas ocasiones el doblete His-His es
reemplazado por un segundo par Cis-Cis.
La proteína que contiene dedos de cinc parece
yacer sobre una cara del hélice de DNA, con dedos
sucesivos ubicados de manera alternativa en un giro
del surco mayor.
La reveló un análisis cuidadoso de una secuencia de
30 aminoácidos en la región carboxilo terminal de
una proteína de unión potenciadora C/EBP.
Ésta región de la proteína forma una hélice α en la
cual hay una repetición periódica de residuos
leucina en cada séptima posición.
Esto ocurre para ocho giros de hélice y cuatro
repeticiones de leucina.
Los dominios de unión y transactivación de DNA
de casi todas las proteínas reguladoras están
separados y son no interactivos
La unión de DNA podría dar por resultado un cambio
conformacional general que permite que la proteína
unida active la transcripción o estas dos funciones
podrían ser desempeñadas por:
- Dominios independientes y separados
El producto del gen GAL1
Gen GAL1
Metabolismo de la galactosa en
levaduras
Su transcripción está regulada por la
proteína GAL4
El operador lexA se insertó en la región promotora del gen y
lo reemplazó y activó su
transcripción
Experimento de GAL1 – GAL4
GAL4 se une a UAS por medio del dominio
amino terminal
El DBD se elimina y es reemplazado por
DBD de LexA, una proteína de unión a
DNA de E. coli
Da por resultado una molécula que no se unió a UAS GAL1 y no activó a GAL1
Operador LexA se inserta en la región promotora del gen
GAL1
Activa su transcripción
La regulación génica en procariotas y
eucariotas difiere en aspectos importantes
Las células eucarióticas emplean diversos
mecanismos para regular la expresión génica
La membrana nuclear de células eucarióticas
segrega físicamente la transcripción génica desde la
traducción.
Los pasos de procesamiento de RNA en eucariotas
comprenden la capucha de los extremos 5’ de los
transcritos primarios
Los análisis de expresión de gen eucariótico
proporcionan evidencia de que ocurre regulación en
el ámbito de la transcripción, el procesamiento de
RN nuclear, la estabilidad de mRNA y la traducción.
La amplificación y el reordenamiento génico influyen
sobre la expresión génica.
Cuadro 38-4 La expresión de gen está regulada por la transcripción y de muchas
otras maneras en el ámbito del RNA en células eucarióticas
Amplificación del gen
Reordenamiento del gen
Procesamiento de RNA
Empalme de mRNA alternado
Transporte de mRNA desde el núcleo hacia el citoplasma
Regulación de la estabilidad de mRNA
Los miRNA modulan la expresión génica al
alterar la función del mRNA
La clase recién descubierta de RNA pequeños
eucarióticos, llamados miRNA, contribuye al control
de la expresión génica.
El RNA de nucleótidos regula la traducibilidad de
mRNA específicos.
Una parte de la modulación de la actividad de mRNA
impulsada por miRNA ocurre en el cuerpo P.
La acción del miRNA da cambios notorios en la
producción de proteína.
Los miRNA han
quedado implicados en
muchas enfermedades
de seres humanos:
- Enfermedad del
corazón
- Cáncer
- Emaciación muscular
- Infección viral
- Diabetes
Los miRNA tienen
actividad trans y una
vez sintetizados y
procesados interactúan
con proteínas
específicas y se unen al
mRNA blanco.
Los genes eucarióticos se pueden amplificar o
reordenar durante el desarrollo o en respuesta a
fármacos Entre las secuencias de DNA repetitivas dentro del
genoma figuran cientos de copias de genes que
codifican para RNA ribosómico.
Estos genes preexisten en el DNA de los gametos y
se transmiten de una generación a otra.
En algunos organismos ocurre durante la
ovogénesis una amplificación de genes
preexistentes y proporcionan múltiples sitios para la
transcripción génica.
Los mRNA que
codifican para cadenas
pesada y ligera de IgG
son codificados por
varios segmentos
diferentes que se
repiten en tándem en la
línea terminal
La cadena ligera está
compuesta de:
- Dominios o segmentos
variable (VL)
- De unión (JL)
- Constante (CL)
Para subgrupos particulares de cadenas
ligeras de IgG
Hay aproximadamente
300 segmentos
codificadores de gen VL
repetidos en tándem
Cinco secuencias
codificadoras JL,
dispuestas en tándem
Alrededor de 10
segmentos
codificadores de gen CL
Todas estas regiones
codificadores múltiples
están ubicadas en la
misma región del mismo
cromosoma, cada
tipode segmento
codificador se repite en
tándem de manera
cabeza a cola dentro de
la región de repetición
de segmento.
Una unidad de transcripción de cadena ligera de
IgG funcional dada sólo contiene las secuencias
codificadoras
Los genes IgG representan uno de los casos
mejor estudiados de reordenamiento de DNA
dirigido que modula la expresión génica.
La amplificación génica inducida por fármaco es
una importante complicación de la quimioterapia
de cáncer.
El procesamiento de RNA alternativo es otro
mecanismo de control
Las células eucarióticas emplean procesamiento de
RNA alternativo para controlar la expresión génica:
Puede ocurrir cuando se usan promotores, sitios de
empalme de intrón- exón, o sitios de poliadenilación,
alternativos.
Sobreviene heterogeneidad dentro de la célula.
Ejemplos de tipos de regulación
El uso de sitios de inicio de la transcripción
alternativos origina un exón 5’ diferente en m RNA
que codifica para amilasa y cadena ligera de
miosina de ratón, glucocinasa de rata, y alcohol
deshidrogenasa y actina de Drosophila.
Los sitios de poliadenilación alternativos en el
transcrito primario de cadena pesada de
inmunoglobulina µ dan por resultado mRNA que
tienen 2700 bases o 2400 de largo.
El empalme y proceso alternativos dan por resultado la formación de siete mRNA que codifican para α-
trompomiosina únicos en varios tejidos diferentes.
La regulación de la estabilidad de RNA mensajero
proporciona otro mecanismo de control
La estabilidad del m RNA se encuentra sujeta a
regulación, lo cual tiene inferencias importantes, hay
una relación entre:
Cantidad de mRNA
Traducción de ese mRNA hacia
su proteína cognada
Los RNA mensajeros existen en el citoplasma como
partículas de ribonucleoproteína.
Proteínas protegen al mRNA contra digestión por
nucleasas, mientras que otras, pueden promover el
ataque por nucleasa.
Los m RNA se estabilizan o se desestabilizan por la
interacción de proteínas con estas diversas
estructuras o secuencias.
Las hormonas pueden regulan la estabilidad de m
RNA al aumentar o disminuir la cantidad de estas
proteínas.
Los extremos de moléculas de mRNA
participan en la estabilidad de mRNA
La estructura del casquete 5’ en el m RNA
eucariótico evita ataque por 5’ exonucleasas, y la
cola poli (A) impide la acción de 3’ exonucleasas.
En las m RNA, se cree que un corte
endonucleolítico único permite que las exonucleasas
ataquen y digieran toda la molécula
Otras secuencias en la región 5’ no traducible, la
región codificadora, y el UTR 3’ favorecen o impiden
esta acción endonucleolítica inicial.
La delección del UTR 5’ da por resultado una
prolongación de 3 a 5 veces la vida media del
mRNA c-mycº
El acortamiento de la región del mRNA que
codifica para histona da por resultado una
media prolongada.
Una forma de autorregulación de la estabilidad
de mRNA involucra de manera indirecta la
región codificadora.
Las estructuras en el extremo 3’ aumentan o
disminuyen la estabilidad de mRNA específicos
La ausencia de una cola poli se relaciona
con degradación rápida de mRNA, y la
eliminación de poli desde algunos RNA
suscita su desestabilización
Los mRNA que codifican para histona
carecen de una cola poli
Tienen una secuencia cerca de la terminal 3’ que
puede forman una estructura en forma de tallo-asa;
proporciona resistencia al ataque exonucleolítico.
El mRNA que codifica para histona H4.
Las estructuras de tallo-asa en la secuencia no
codificadora 3’ son cruciales para la regulación,
ayudan a la estabilidad del mRNA en bacterias.
Secuencias en los extremos 3’ de ciertos mRNA
eucarióticos están involucradas en la
desestabilización de estas molécula Está mediado por la acción de miRNA específicos
Las regiones ricas en AU, contienen la secuencia
AUUUA:
- Aparece en mRNA que tienen vida media.
- Codifican para porteínas oncogén y citocinas.
- Experimento en el cual una secuencia corresponde
al UTR 3’ del m RNA que codifican para el factor
estimulante de colonia.
- Se añadió al extremo 3’ del mRNA que codifica para globina β
El mRNA que codifica para globina β híbrido
Tuvo vida media breve característica del mRNA que
codifica para el CSF.
Metabolismo del mRNA ocurre en los cuerpos P
citoplasmáticos.
Se usan varios mecanismos para regular la
estabilidad y la función del m RNA
