Teórica 17 Regulación génica

Regulación de la expresión génica
Estrategias de la regulación metabólica.
A. Regulación de la cantidad de una
proteína
B. Regulación de su actividad
Procesos regulatorios que afectan los niveles de una proteína en las bacterias
Genes de expresión constitutiva: presentan una expresión relativamente constante.
Genes guardianes (house-keeping genes). Ej. enzimas del metabolismo central.
Genes de expresión regulable : su expresión varía en respuesta a diferentes estímulos
Inducción: aumento del nivel de una proteína en respuesta a un estímulo
Represión: disminución del nivel de una proteína en respuesta a un estímulo
Las bacterias y arqueas poseen genes organizados en operones.
Presentan regulación coordinada. ARNm policistrónicos
Secuencias consenso de los promotores bacterianos (E. coli)
Promotores arqueanos
.
Inicio de la transcripción
Interacción entre
la ARN polimerasa
bacteriana y los
elementos del
promotor
La actividad de los promotores está regulada por proteínas activadoras y represoras
Proteínas de unión al ADN
Funcionan como dímeros o multímeros
Interaccionan con el promotor y la ARN polimerasa
Activadores : aumentan la velocidad de inicio de la transcprición
Represores : Inhiben el inicio de la transcripción
Sujetos a control alostérico o modificación química (fosforilación)
Activadores
- Los activadores (A) generalmente se unen upstream de caja -35
- Interaccionan con ARN pol o generan cambio conformacional en el Promotor (P)
haciéndolo accesible a la ARN pol.
(a) Activador (A) unido a distancia del promotor (P),
genera torción en el ADN, estabiliza interacción
de ARN pol. con P.
(b) La distancia entre las cajas -35 y -10 es mayor a
la usual (19 pb en lugar de 17pb). El A
reposiciona las cajas haciendo más eficiente la
transcripción.
Represores
(a- b) Inhiben la transcripción uniéndose en
posiciones que interfieren con la ARN pol.
(c ) Bloquean actividad de un activador :
Anti-activación
Regulación de la transcripción por la estructura del promotor y la actividad de
factores σ
Las bacterias presentan varios factores σ que reconocen promotores específicos.
El σ70 controla la expresión de los genes durante el crecimiento exponencial. Otros funcionan
en situaciones particulares.
La regulación por factores σ es un tipo de sistema de regulación global.
Las proteínas anti-σ se unen a los factores σ e inhiben su actividad
Circuitos de control del inicio de la transcripción
Control positivo: mediado por activador
Control negativo: mediado por represor
Se puede lograr inducción o
represión por control + o dependiendo de la interacción
de la molécula señal con la
proteína reguladora.
Represión catabólica de Carbono mediada por la proteína activadora CAP
(CRP) en E. coli
Crecimiento diauxico de E. coli en presencia de glucosa y lactosa. Es el resultado de un
mecanismo regulatorio llamado represión catabólica (RCC, represión catabólica de C).
Regulador: proteína CRP o CAP (cAMP receptor protein; catabolite gene-activator protein)
A. Crecimiento usando glucosa
B. Fase lag
C. Crecimiento usando lactosa
Mecanismos moleculares para la inducción y represión del
operón lac en E. coli.
RCC en E. coli.
El sistema PTS cumple un rol importante en la regulación
genica.
En bajos niveles de glu, EIIA-P se une y activa la adenilato
ciclasa (AC), aumenta cAMP y favorece la formación de
cAMP-CRP. Este complejo se une y activa los promotores
de genes catabólicos.
En presencia de glu, EIIA inhibe el transporte de fuentes de
C alternativas mediante exclusión del inductor.
Las diferencias en las secuencias consenso del promotor lac hace que la ARN polimerasa se pegue
débilmente en ausencia de CRP
Niveles de organización de los genes en las bacterias
Regulón: conjunto de genes / operones controlados por un regulador en común.
Modulón o red de regulación global: conjunto de operones /regulones con su regulación
individual a su vez controlados por un regulador en común (regulador maestro, master
regulator)
Acoplamiento entre la expresión génica y la morfogénesis.
Síntesis del flagelo en Enterobacterias.
Flagelo formado por: cuerpo basal,
gancho y filamento (flagelina).
Regulón flagelar: más de 50
genes organizados en ~17
operones regulados
coordinadamente.
Se expresan en cascada.
Un sigma específico (σ28) regula la
síntesis de la flagelina.
El σ28 es inhibido por un factor antisigma (FlgM) hasta que se forman
el gancho y cuerpo basal del
flagelo. Luego FlgM es secretado
facilitando la unión del σ28 al
promotor de la flagelina (activacion
sintesis flagelina)).
Genes regulados por recombinación génica.
Variación de fase. Síntesis de flagelinas en Enterobacterias
Salmonella typhimurium (patógeno humano) posee un mecanismo para evadir el sistema
inmune cambiando el tipo de proteína flagelar (flagelina tipo FljB y FliC ), 1 vez cada ~
1000 generaciones mediante un proceso llamado variación de fase.
Control de la traducción: Regulación por ARN
Control de la estabilidad y la traducción de los
ARNm mediante:
- Proteínas con afinidad por ARN
- ARNs pequeños no codificantes (ncRNA)
- Estructuras en 5’-UTR (riboswitch)
El 5’-UTR sirve como elemento de control
a.
Factores que afectan la estabilidad de
los ARNm
b.
Inhibición de la traducción y posterior
degradación del ARNm
Regulación por formación de estructuras alternativas en 5’-URT
a. Estructuras alternativas que
dependen de la temperatura.
Adaptación al shock por frío o
calor. Ej. Síntesis de RpoH, σ
alternativo inducido por shock de
calor.
TIR: región de inicio de la traducción
b. Riboswitch. Estructuras
alternativas inducidas por unión con
ligandos pequeños (AA, nt,
vitaminas). Pueden activar o inhibir
la traducción
Control antisense por ARNs no codificantes pequeños (ncARN)
Control antisense por ARNs no codificantes pequeños (ncARN), codificados
en cis o en trans
Cis: codificados en el mismo
locus que el target.
Ej. Reg. Replicación de
plásmidos; sist. Toxinaantitoxina.
Trans: codificados en distinto
locus que el target. Presentan
complementaridad parcial con
el target. Se inducen por
cambios ambientales.