Control Post Transcripcional (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura Biologia Molecular Procariotes
Año del apunte 2014
Páginas 11
Fecha de subida 10/11/2014
Descargas 7
Subido por

Vista previa del texto

CONTROL POST-TRANSCRIPCIONAL Control que es dóna un cop ja s’ha donat el transcrit (sobre la traducció). No es coneixen molt bé, és molt més fàcil determinar si augmenta o disminueix la quantitat de transcrit/proteïna.
Els controls post-transcripcionals els podem dividir en dos grans grups: un d’ells no l’explicarem (seria per exemple determinar la vida mitjana d’una proteïna). L’altre l’explicarem a partir de dos exemples.
EXEMPLE 1 – Control de la síntesi de les proteïnes ribosomals Els ribosomes tenen proteïnes ribosomals associades a rRNAs. En la subunitat petita d’un ribosoma procariota trobem 22 proteïnes ribosomals, i en la gran en trobem 34.
TAULA – Components ribosòmics en els 3 dominis. Els ribosomes funcionen diferent en funció del domini.
Les proteïnes ribosomals tenen, a nivell de transcripció, un control regulat per la resposta astringent (són proteïnes de síntesi). El ppGpp incrementava la síntesi de moltes coses, però la de ribosomes la disminuïa (necessitem un mamotreto d’energia per fer un ribosoma). Per tant, només aturant la síntesi d’un ribosoma, ràpidament la cèl·lula obté molt material (AAs, etc.).
Sobre el control – si tenim molt rRNA, produirem el transcrit que codifica per proteïnes ribosomals que aniran a buscar el rRNA corresponent (en la imatge, L1). Si no hi ha molt rRNA o el rRNA que hi ha no està lliure (està col·lapsat per les proteïnes ribosomals), aquestes proteïnes s’aniran a buscar el seu propi mRNA ja que també hi tenen afinitat. Òbviament tenen més afinitat pel rRNA, però quan n’hi ha poc o no n’hi ha lliure, busquen el segon lloc per on tenen afinitat, el seu mRNA. A qualsevol lloc del mRNA? No, las celulas són listas. S’enganxaran als RBS del mRNA que les codifica – la seva regió d’interacció serà propera al RBS de cada una de les proteïnes ribosomals. Sobretot del 1r RBS, però també dels altres. Això no vol dir que la seqüència d’interacció de la proteïna ribosomal sigui el RBS, però en la seqüència del seu mRNA estarà a prop del RBS.
Si la regió d’interacció de la proteïna ribosomal fos el RBS, quan no hi hagués mRNA aquestes proteïnes es podrien ancorar a qualsevol RBS de qualsevol mRNA, i seria una catàstrofe.
Per tant, tenim un control posttranscripcional, ja que no estem evitant que la RNA polimerasa funcioni; obtenim mRNA igualment, però en el moment que es produeix, si no hi ha rRNA lliure, les proteïnes que s’acaben de sintetitzar bloquejaran el RBS i evitaran la traducció.
És un sistema xulo – si entrem en un entorn ric en nutrients, aquestes proteïnes sintetitzaran rRNA de nou, el promotor del qual és molt fort. Per tant, a la que canviem de condicions, es comença a sintetitzar a lo bèstia, tindrem molt RNA, i llavors totes les proteïnes que teníem ancorades al propi mRNA, com que ara hi ha rRNA, aniran al rRNA deixant lliures els mRNAs que estaven bloquejant, per tant ja s’està traduint al minut 1; no cal tornar a sintetitzar mRNA perquè ja el teníem d’abans, només l’hem desbloquejat. A més, els propis promotors són molts forts – incrementes la producció de ribosomes de forma molt ràpida, la cèl·lula respon ràpid. No és un – oye que estás en un medio con muchos nutrientes + ah vale.
EXEMPLE 2 – SMALL RNAs (sRNA) Són uns RNAs molt petits i funcionals que controlen l’expressió a partir del mRNA.
Determinen com es tradueixen, el grau de traducció i també ajusten la velocitat de degradació d’aquests mRNAs, “independentment” de la quantitat inicial de transcrit que tinguis.
Els sRNAs tenen moltes estructures secundàries estranyes molt marcades i formen loops. El que fan és unir-se al RNA i bloquejar algunes de les seves seqüències senyal.
3/11/14 Com hem dit, poden fer la seva funció de dues maneres – modulant la degradació (part de l’esquerra de la foto) o modulant la traducció (part de la dreta de la foto).
La part blava és la part de DNA que codifica per l’sRNA (promotor). La part vermella és el transcrit que es vol regular.
SOBRE LA PRÒPIA DEGRADACIÓ – quan un sRNA s’uneix, obtenim un RNA de doble cadena, i els RNAs de doble cadena no són una estructura habitual en la cèl·lula. Per tant, quan se’n detecten, els enzims ho detecten i degraden aquest RNA disminuint la seva vida mitjana. És a dir, el fet que tinguem un sRNA que codifiqui en una regió fa que els enzims vegin una regió de doble cadena i la degradin (és el que volen els sRNA). Aquest trencament, en funció del lloc on s’uneix el sRNA, comporta que s’elimini una part del transcrit (augmenta l’efecte polar) o que s’elimini tot el transcrit.
SOBRE LA TRADUCCIÓ –La presència del sRNA evita que el ribosoma s’uneixi al RBS i tradueixi ja que el sRNA és complementari a aquesta regió del RBS i s’hi uneix. Però si és de doble cadena igual, per què no es degrada també? El fet que estigui bloquejant el RBS evita que, abans que sigui degradat, el mRNA es tradueixi – també es detecta la doble cadena, però en un cas tenim RBS lliures el ribosoma pot començar a traduir; en canvi si no s’ha pogut ancorar, la traducció és molt més baixa, directament el degradaràs sense haver donat temps al ribosoma de traduir.
PERÒ! Si els sRNA s’uneixen als RBS, podrien afectar a tots els gens, sense especificitat. Com es regula això? No només s’uneix a la regió on és troba el RBS, sinó que interacciona amb una seqüència que conté el RBS i les regions que el flanquegen. De fet, ell té interacció amb aquestes regions flanquejants, i bloqueja el RBS una mica de retruc.
Un mateix sRNA pot regular un pool de gens però l’especificitat no ve donada pel RBS sinó per unes altres regions que estabilitzen la interacció del sRNA amb el mRNA. A vegades estan a prop del RBS, però a vegades no.
A primera vista sembla que els sRNA només tenen efectes negatius (bloquejar la traducció, degradar mRNA – control negatiu).
Però s‘ha vist que, segons la interacció, poden tenir tant un efecte positiu com negatiu.
Com poden tenir un efecte positiu? Perquè podem trobar-nos diferents tipus de plegaments en els mRNAs. Hi ha mRNAs que en produir-se fan loops que amaguen el seu RBS, de manera que d’entrada aquell mRNA ja es controla a sí mateix fent que no es pugui expressar. Els sRNAs, en aquests tipus de mRNAs, quan interaccionen poden fer que els loops es desfacin i s’alliberin les regions RBS – afavoreix la traducció.
Llavors, no es produiria una degradació en veure l’sRNA unit al RNA? Sí, es vehicula el trencament, però precisament trenques allò que estava evitant que es pogués traduir. És a dir, quan el sRNA s’uneix, els enzims ataquen aquella regió i és aquest fet el que acaba provocant que el loop canviï de conformació i el RBS s’alliberi.
Perquè la interacció entre un sRNA i un mRNA sigui estable i permeti la fixació del sRNA al mRNA, es necessita la interacció de la proteïna Hfq, que és comuna a la majoria de sRNAs coneguts (en alguns no sembla actuar – hi ha altres proteïnes anàlogues a Hfq). Aquesta proteïna permet la interacció entre sRNA i mRNAs.
Exemples – regulació negativa: Exemples – regulació positiva: Sistemes més complexes d’activació que impliquen més d’un sRNA.
En aquest exemple, tenim una unitat transcripcional i un sRNA la presència del qual incrementa l’expressió d’aquest mRNA de la unitat transcripcional (es va veure mutant coses en experiments i tal). Per tant, es va pensar en un principi que es tractava d’una regulació positiva, i que el sRNA permetia que el RBS estigués a la vista i es traduís.
Però en intentar modelar la interacció entre l’sRNA i la regió, no quadrava res – van veure que realment aquesta unitat transcripcional sí que tenia un loop que tapava el seu RBS però que el sRNA no interaccionava amb ell, i no sabien perquè. Però tot i que no trobaven interacció entre aquest sRNA i la regió, l’expressió incrementava! COMO? Van aconseguir veure que en la cèl·lula hi havia dos sRNAs diferents (els sRNAs també són processats per la cèl·lula), que van anomenar Y i Z. Un d’ells (Y) era el que havien estat observant des del principi, que no podia interaccionar amb el RBS, i l’altre (Z) curiosament era molt semblant a nivell d’estructura. Van trobar també que hi havia un enzim que era el responsable que aquest enzim esdevingués inactiu, ja que n’eliminava la regió que tenia d’interacció i feia que passés a ser un sRNA inactiu.
Aquest sRNA Y és per tant processat cap a una regió inactiva i no es pot expressar (no pot unirse al RBS). El sRNA Z s’hi assembla molt, i l’enzim que degrada Y també és capaç de degradar Z.
Però en la realitat només un dels dos és eficient unit al RBS! Per tant, la cèl·lula és molt llesta i el que fa és produir molt sRNA Y perquè l’enzim que degrada tant Y com Z perd el temps degradant Y perquè n’hi ha més (té més probabilitat de trobar-se un Y que un Z), però a Y realment li suda perquè ell si fos actiu no fotria res amb el RBS. I això fa que l’enzim deixi en pau al que sí que té l’efecte que interessa quan està actiu.
També es va veure que el Y actua per altres grups de gens, i en aquest altre grup el sRNA Z és el que fa de competidor! Per tant hi ha un equilibri.
Els sRNA es generen normalment en la mateixa regió que estan controlant, on pretén ser complementari. Però és capaç de regular moltes més coses – un mateix sRNA pot estar regulant un pool de gens, ja que són complementaris per altres gens a part dels de la regió on són produïts. (Diapo?) Complexitat de les xarxes de regulació gènica.
Aquests sistemes se solapen amb els sistemes de modulons, regulons i estimulons, ja que aquests 3 estan a nivells de transcripció i els sRNA a nivell de traducció. Per tant, un regulador transcripcional pot regular la transcripció d’un sRNA i aquest pot regular l’expressió de diferents gens a nivell post-transcripcional. Aleshores, aquest regulador transcripcional està regulant a nivell post-transcripcionalde manera indirecta els gens que regula (a través del sRNA). És a dir, que l’esquema pot ser tan guai com tu vulguis.
ALTRES MECANISMES DE CONTROL Fins ara hem vist els nivells de control més importants, però tenim molts altres sistemes de control i no són excloents.
En la columna de la dreta, veiem tot el que podem controlar a nivell de DNA i la consegüent transcripció – el número de còpies que hi ha en un genoma d’un determinat gen (de fet, en funció de la seva posició, també podem controlar el número de copies gèniques que té un gen en una determinada condició); l’activitat del promotor (forts, febles); sistemes d’atenuació. A nivell de RNA i la consegüent traducció – l’estabilitat del mRNA (més o menys vida mitjana); regular els RBS; l’ús de codó. A nivell de proteïna – l’estabilitat de la proteïna (si és molt estable tindrà major vida mitjana); el plegament; les modificacions post-traduccionals. Al presència d’inductors, co-repressors, etc.
CODON USAGE – un mateix AA pot estar codificat per diferents codons. La cèl·lula té determinada preferència per usar un determinat codó que un altre per codificar un AA.
EXEMPLE – AAA i ACA codifiquen per alanina. Pot ser que una cèl·lula tingui el 70% de les alanines codificades per ACA i que una altra cèl·lula tingui un 70% de les alanines codificades per AAA. Això pot dependre del percentatge de GC. Això també serveix per controlar l’expressió gènica. Cada microorganismes tindrà els seus codons prefes.
EXEMPLE – Un dels codons que codifica per la Leucina és l’UUG. Dins una determinada cèl·lula, aquest codó s’utilitza molt poc. Però quan mires on estan aquests codons veus que formen part de les proteïnes que codifiquen per fímbries, per flagels, per toxines, per resistències – per proteïnes vinculades a virulència. Per tant, l’ús d’un determinat codó està restringit a un grup de gens molt concret, i aquests estan associats a nivell funcional. Això a la cèl·lula de què li serveix? La cèl·lula tindrà el seu tRNA que codifica per un anticodó i per tant carregarà la Leu amb el codó UUG. Si aquest ús està restringit, controlant només l’expressió del tRNA, controles la producció a nivell de traducció de les proteïnes que contenen aquell codó – només controlant un promotor estàs controlant l’expressió final d’un munt de proteïnes. Per tant, obtenim una resposta súper ràpida, ja que estàs regulant un tRNA (no necessita ser traduït). Moltes vegades aquests tRNAs que codifiquen per codons poc habituals formen part de molts regulons (estan regulats per moltes senyals inductores, ja que aquestes senyals seran les que propiciaran o no les proteïnes que contenen aquests codons).
Hi ha packs de gens que s’anomenen illes de patogenicitat que contenen gens específics per una tipologia d’infeccions i que ja tenen el seu propi tRNA (d’aquests que no s’usa molt) codificat en la pròpia illa (està controladíssim per moltes senyals). Quan es detecten les senyals adequades, es produiran massivament els productes gènics d’aquests gens que contenen aquests codons poc habituals.
TAULA - Hi ha molts gens amb molts bitxos que estan associats a aquests tipus de codons especials – és un sistema addicional als sistemes de control.
...