Regulación de la expresión génica

Regulación de la expresión génica
Genes constitutivos y genes regulados. No todos los genes se expresan
simultáneamente ni al mismo nivel.
Genes constitutivos: los que se expresan al mismo nivel independientemente de las
condiciones ambientales
Genes regulados: aquellos que se expresan a distintos niveles (o no se expresan)
dependiendo de las condiciones ambientales.
Los objetivos de la regulación son:
- Armonía estructural, equilibrio celular
- Adaptación: típico de procariotas
- Diferenciación: típico de eucariotas pluricelulares
Regulación en bacterias. Las bacterias responden muy eficientemente a cambios
ambientales mediante la regulación de la expresión génica.
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En bacterias, los genes con una función relacionada suelen estar agrupados en operones, el
cual es un grupo de genes que se transcriben en un mismo ARNm y que, por tanto, están
sujetos a una regulación transcripcional común
Tipos de regulación
Negativo/positivo, inducible/reprimible
Como ejemplo tenemos el operón de la lactosa el cual tiene control negativo, inducible. En
presencia de lactosa está inducido, en ausencia de lactosa está reprimido por el represor
producto del gen lacI, que se une al operador (lacO)
Este operón también está sometido a control positivo por la proteína activadora CAP,
producto del gen crp. CAP sólo es activa en presencia del AMPc, que actúa como inductor,
y cuyos niveles bajan en presencia de glucosa. Este control se denomina represión
catabólica y actúa sobre varios operones relacionados con la utilización de azúcares.
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Existen elementos que actúan en cis: promotor, operador y proteínas que actúan en trans:
activador o represor.
Concepto de dominancia y recesividad.
Mutaciones polares: Una mutación en un gen puede, a veces, impedir la expresión de los
genes que están corriente abajo en la misma unidad transcripcional
Pero existe un sistema adicional de control denominado atenuación
Regulación en eucariotas
Promotores eucarióticos. Secuencias reguladoras. Factores de transcripción
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La iniciación de la transcripción en eucariotas requiere la participación de factores de
transcripción basales que se unen al promotor, a distancias concretas del inicio.
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Además existen secuencias intensificadoras o silenciadoras que pueden actuar a gran
distancia y en cualquier orientación. Estas controlan la estructura de la cromatina y la tasa
de transcripción.
Además existen otros factores de transcripción, la mayoría activadores.
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La actividad de los factores de transcripción se puede controlar en el momento de su
síntesis, por modificación covalente, por unión a un ligando o por unión a un inhibidor.
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Activadores: Tienen dos dominios: dominio de unión a ADN y dominio de transactivación
Ejemplos de dominios de unión a ADN:
˜ HTH: hélice-vuelta-hélice
˜ HLH: hélice-giro-hélice
˜ Dedo de zinc
˜ bZIP: cremallera de leucina básica
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Remodeladores de la cromatina.
Regulación en animales. Regulación múltiple. Regulación hormonal.
En general, las diferencias entre distintas células en un organismo pluricelular se deben a
diferencias de expresión de genes transcritos por la ARN polimerasa II.
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Es frecuente que un mismo factor de transcripción controle a un gran número de genes.
Esto se debe a la existencia de elementos de respuesta para ese factor en los promotores o
potenciadotes de esos genes. Ejemplos:
-HSE: elemento de respuesta a choque térmico
- GRE: elemento de respuesta a glucocorticoides
- SRE: elemento de respuesta al suero
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La respuesta a hormonas esteroideas está gobernada por elementos GRE. Estas hormonas
se sintetizan en respuesta a un gran variedad de actividades neuroendocrinas y controlan
crecimiento, desarrollo de tejidos y homeostasis corporal.
Todas tienen un modo de acción similar: se unen a un receptor citoplásmico haciendo que
este se una al ADN y active la transcripción
Ejemplo: la región reguladora del gen de la metalotioneína humana contiene elementos
de respuesta en el promotor y en el potenciador
Regulación postranscripcional.
Procesamiento alternativo: a partir de un mismo transcrito primario se pueden obtener
varios ARNm maduros y, por tanto, varios productos proteicos, a veces específicos de
tejido
Estabilidad del ARNm: las vidas medias de diferentes ARNm son muy variables (desde
minutos hasta años). Las secuencias 5' y 3' no traducidas contienen información reguladora
sobre la estabilidad y la localización del ARN
- Traducibilidad del ARN
- Modificaciones postraduccionales. Proteolisis.
- Secreción y transporte selectivo.
Regulación epigenética
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Herencia epigenética: alteraciones heredables que no afectan a la secuencia del ADN
Ejemplos:
- Metilación: La metilación de adenina en bacterias controla la transcripción de algunos
genes. En animales la metilación se produce en las citosinas de los dobletes 5'-CG-3'
(también llamados CpG). Hay promotores con alta concentración de CG (islas CpG).
Cuando el promotor está metilado no hay transcripción.
El estado de metilación se perpetúa en las divisiones mitóticas y, en algunos casos,
meióticas.
En la impronta parental, el patrón de metilación, establecido durante la gametogénesis, es
distinto para cada sexo.
- Acetilación de histonas: la activación de la transcripción se asocia con acetilación en las
proximidades del promotor y la represión se asocia con desacetilación
Ejemplo: en el cromosoma X inactivo en las hembras de mamíferos, la histona H4 tiene un
bajo nivel de acetilación (también se observa en este cromosoma un alto nivel de metilación
en citosina).