factores de transcripcion a

Dr. Carlos F. Prada Q.

Factores de transcripción

Expresión génica en eucariotas

Factores de transcripción

• Factores específicos de tejidos-- Genes hepáticos -- Genes neuronales-- Genes de las células β pancreáticas

• Factores modulados por señales extracelulares:-- Genes modulados por hormonas esteroideas-- Genes modulados por productos bacterianos-- Genes modulados por insulina......

Estructura suprasecundaria

Agrupaciones estables de estructuras secundarias frecuentes en las proteínas.

Motivos estructurales

Todo alfa Todo beta Alfa-beta

Unidades βαββαββαββαβMeandro ββββBarril ββββUnidad αααααααα

Clasificación de los dominios de unión

al DNA

� Proteínas con:� Homeodominio

� Proteínas con dedos de zinc

� Hélice alada (en lengüeta de flecha)

� Con cremallera o zipper de leucina

� Con hélice-bucle-hélice

• Dominios que permiten su unión al DNA.• Dominios que permiten su interacción con otras proteínasdel complejo transcripcional.

Dominio de activación

Dominio de unión al DNA

Dominios que permiten la unión de dos proteínas :Dominios de dimerización

Los factores de transcripción

Homeodominios

Dedos de Zinc

Cremalleras de leucina

Estructuras características de dominiosde interacción con el DNA

Homeodominio

� Proteína de Engrailed de Drosophila

� Nombre de genes homeóticos (produce la transformación de una parte del cuerpo en otro en el desarrollo.

� Región de 60 residuos de aa muy conservada

Proteínas con dedos de zinc� Dominio estructurado con un ion Zn2+ en el centro de un plegamiento de residuos de aa.

� Secuencia consensoTyr/Phe-Cys-X2-4-Cys-X3-Phe/Tyr-X5-Leu-X2-His-X3-4-His

� La forma de dedo se ve en un diagrama bidimensional� El zinc se fija entre las 2 Cys y la 2 His.

� Se le llama dedo C2H2

Proteínas con dedos de zinc� El alfa-hélice que se forma es muy compacto� Se inserta en el surco mayor del DNA

� Otro tipo de dedos de zinc C4 se encuentra en otros factores de trascripción (receptores a esteroides-nucleares)

� Cys-X2-Cys-X13-Cys-X2-Cys-X14-15-Cys-X5-Cys-X9-Cys-X2-Cys

Proteínas con dedos de zinc� Los dominios C2H2 y C4 son estructuralmente distintos.� Los C2H2 tienen tres dedos repetitivos o más y se fijan como monómeros.

� Los C4 tienen en general dos dedos y se fijan como homodímeros o heterodímeros.

� Con simetría rotacional doble (fig. siguiente b)

Dedos de zinc C2H2 (a)y C4(b)

Proteína GL1 Receptor a glucocorticoides

Dedos de Zinc

Estructuras alfas y betas unidas por un átomo de Zinc que interacciona con Cys e His

Alfa-beta

Proteínas de unión a ADN

Dedo de Zn

Interacción entre

Gal4 y el DNA

� Proteína con dedos de zinc C6 .

� Es un homodímero que se forma por una hélice enrollada .

Proteínas con hélice alada� Dominios de fijación de la histona H5

� Se unen al DNA como monómeros

� Pueden unirse al DNA Z.

Estructura cristalina del dominio de unión al

DNA Z de la proteína Dlm-1 unida al DNA. Cremallera o zipper de leucina

� Hay un residuo de leucina cada 7 aminoácidos en la región C terminal del dominio de unión.

� Se unen al DNA en forma de dímeros, la leucina es necesaria para la dimerización.

� Presenta dos a-hélices extendidas que agarran al DNA como pinzas en dos surcos mayores en la región N terminal.

� Pueden ser homodímeros o heterodímeros.

Interacción de Gnc4 con el DNAHélice bucle hélice� Un bucle no helicoidal de la cadena polipeptídica separa dos regiones α-helicoidales.

� Tienen aminoácidos básicos para aumentar la interacción con el DNA.

Interacción de un dominio hélice-bucle-

hélice con el DNA

Los factores de transcripción heterodiméricos

aumentan las opciones de control génico.

� Cada monómero tiene un dominio de fijación al DNA con especificidad de secuencia equivalente.

� No influye en la unión al DNA.

� Permite que los dominios de activación asociados con cada monómero se reúnan para formar un solo factor de transcripción.

Dominios de activación

� Secuencia polipeptídica que activa la transcripción cuando está fusionada a un dominio de fijación del DNA

� Muchos dominios pueden activar la transcripción.

� Casi el 1% de las proteínas de fusión resultantes (Gal4 y segmento al azar) activaron la transcripción de un gen con UASgal en 5´.

Genes HOXGenes HOXGenes HOXGenes HOX

Genes involucrados en la regulación del desarrolloidentificados por mutaciones que son letales o causan el desarrollo de estructuras anormales

Genes homeGenes homeóóticosticos:

Controlan la identidad de cada segmento

Mutaciones cambian la identidad segmentaria.

Tres grupos de genes:

Genes maternosGenes maternos:

Se expresan durante la ovogénesis,

Actúan en la maduración del ovocito.

Genes de segmentaciGenes de segmentacióónn:

Se expresan tras la fertilización

Mutaciones alteran el número o polaridad de los segmentos.

Hay tres clases de genes que actúan secuencialmente.

Experimentos de transplantes mostraron la existencia de tres tipos de determinantes citoplasmáticos:

-Determinantes del plasma polar y formación de las células germinales.

-Determinantes del eje anteroposterior.

-Determinantes del eje dorsoventral.

GENES MATERNOSGENES MATERNOS

Se expresan antes de la fertilización y actúan tanto en células

nutricias como en el ovocito.

Se identifican cuatro sistemas de genes que definen los ejes del

embrión.

Cada sistema actúa localizando una señal dentro del huevo, llamada

morfógeno.

1) Sistema anterior: cabeza y tórax

2) Sistema posterior: segmentos del abdómen

3) Sistema terminal: acron y telson

4) Sistema dorso-ventral: desarrollo dorso-ventral

GENES DE SEGMENTACIONGENES DE SEGMENTACION

Genes zigóticos.Se identifican por mutaciones de segmentación que alteran el número o la organización general de los segmentos.

1. Genes gap

2. Genes de regla par

3. Genes de polaridad de segmento

GENES DE SEGMENTACIONGENES DE SEGMENTACION

1. Genes gap: mutantes carecen de un grupo continuo de segmentos

2. Genes de regla par: mutantes afectan a los segmentos pares o

impares.

3. Genes de polaridad de segmento: mutantes pierden una parte

de cada segmento.

GENES GAPGENES GAP

Dividen el embrión en 4 regiones anchasSon factores de transcripción que se regulan entre ellos y a los genes de regla par.

Hunchback

Kruppel

Knirps

Giant

GENES DE REGLA PARGENES DE REGLA PAR

Cada uno se expresa en un patrón de 7 bandas a lo largo del embrión.

Las 7 bandas identifican

parasegmentos impares: Eve

parasegmentos pares: Fushi tarazu

Control separado dentro de cada banda

Expresión uniforme del ARNDegradación específica entre bandas

GENES HOMEOTICOSGENES HOMEOTICOS

Determinan la identidad de cada segmento.

Son factores de transcripción que regulan la expresión de otros genes

homeóticos o de otros genes.

En Drosophila se agrupan en dos complejos ubicados sobre el cromosoma 3:

• Complejo Antennapedia: controla la identidad de los segmentos de la cabeza y

de los 2 primeros segmentos torácicos.

• Complejo Bithorax: controla la identidad del tercer segmento torácico y de los

segmentos abdominales.

DOMINIO HOMEOTICODOMINIO HOMEOTICO

Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas38

Desarrollo temprano de Drosophila melanogasterJuego de herramientas genéticas (Genetic toolkit): Conjunto de herramientas común que

pueden utilizarse para crear muchas estructuras


Desarrollo temprano de Drosophila melanogaster


Conservacion evolutiva de los genes homeóticos (Hox)


Genes Hox


Filogenia genes Hox


Esquema resumen de la cascada jerárquica de activación de genes

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster GENES HOXGENES HOX

ratones y humanosratones y humanos

Cuatro grupos: A-D

Se extienden en regiones de entre 20 y 100 Kb y contienen hasta

10 genes.

Muchos se corresponden con genes de Drosophila:

Ej. HoxA4 y HoxB4 con Deformed

Redundancia de genes en mamíferos

Mecanismos Mecanismos Mecanismos Mecanismos postranscripcionalespostranscripcionalespostranscripcionalespostranscripcionales........

Introducción

miRNAs: 22 a 24 nt

Silenciamiento génico transcripcionales o post transcripcionales

Codificados endógenamente

Control de procesos celulares:- Diferenciación- Muerte celular- Patrón neuronal en nemátodos- Hematopoyesis en mamíferos- Floración en plantas

(Xie et al., 2003)

MicroRNAs

Introducción

Mecanismos de acciMecanismos de accióónn

Alta complementaridad:Clivaje

Baja complementaridad:Inhibición de la traducción

Plantas Animales

((CarringtonCarrington et al., 2003)et al., 2003)

Posibles mecanismos de inhibiciPosibles mecanismos de inhibicióón de la n de la traduccitraduccióón mediada por n mediada por miRNAsmiRNAs:

- En el reclutaje de ribosomas (Iniciación)

- En la elongación de la proteína

- Promoviendo la degradación de la proteína formada

Antecedentes

RNA de interferenciaRNA de interferenciaRNA de interferenciaRNA de interferencia

D. Marco Conceptual

� Interferencia por RNA o RNA interference (RNAi): la inhibición especifica de la expresión de genes mediante dsRNA (Fire, 1999).

� RNAi es un mecanismo conservado en eucariotas:� Protege contra:

� RNAs exogenos: viruses

� Transposones: elementos móviles y repetitivos

� Regulación post-transcripcional� Genes del desarrollo

Mecanismo del RNAi

� En animales RNAi requiere múltiples pasos:

� Generación de siRNAs a partir de dsRNAs largos� Rnase III-like endonuclease (Dicer)

� Degradación de RNA complementario mediante el complejo siRNA-RISC (RNA-induced silencing complex) (Hannon, 2002).

www.rnaiweb.com/RNAi/What_is_RNAi

RNA de interferencia

RNA interference

� Aplicaciones biotecnológicas:

� Permite el análisis proteomico a gran escala

� Se está convirtiendo en una tecnología muy prometedora para el desarrollo de agentes terapéuticos (Santel et al., 2006) .� Gran especificidad

� Bajos efectos secundarios

� No se conoce resistencia

� Desarrollo de organismos modelos para enfermedades humanas.

� Enfermedades humanas en estado avanzado requieren expresión del siRNA en múltiples tejidos o en el cuerpo completo.

� De manera alternativa, se podría inyectar siRNA sintetizados in vitro o químicamente cubiertos por liposomas (Santel et al., 2006).

� Mas seguro

� Requiere altas concentraciones del siRNA

� Es muy costoso

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