Tema 5 (Transcripció Eucariotes) (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Nutrición Humana y Dietética - 1º curso
Asignatura Biologia Molecular i Genòmica
Año del apunte 2014
Páginas 5
Fecha de subida 29/01/2015
Descargas 40

Descripción

Apunts Biologia del primer i segon parcial (2n Semestre NHD)

Vista previa del texto

Biologia molecular i genòmica 5. TRANSCRIPCIÓ EN EUCARIOTES Transcripció en eucariotes Complex iniciació en eucariotes, inhibidors i transcripció inversa Diferències de transcripció: - Procariotes: no hi ha separació espaial entre transcripció i traducció i tampoc hi ha processament del RNA.
- Eucariotes: hi ha separació espaial i temporal entre transcripció (nucli) i traducció, així com processament del RNA per formar el RNA madur.
RNA POLIMERASES EUCARIOTES NUCLEARS  RNA polimerasa I (nuclèol): síntesi de RNA pre-ribosomal (excepte el 5S). Un tipus de transcrit precursor 45S que dóna lloc a 3 rRNAs dels 4: 18S, 5.8S i 28S. No és sensible a la α-amantina.
Promotor: basal (-45,+20) sense seqüència TATA i proximal (-180,-107) UCE, rics en CG.
El factor de transcripció UBF s’uneix a les seqüències promotores basal (imprescindibles per la transcripció) i proximal (milloren l’eficàcia). Llavors, UBF atrau al factor SL1, format per TBP i tres TAFs, i fa que s’uneixi a la polimerasa i comenci la transcripció.
 RNA polimerasa II: síntesi d’hnRNAs (pre-RNAm) i alguns snRNA. Milers de transcrits diferents i és sensible a la α-amantina.
 RNA polimerasa III: síntesi de pre-tRNAs, rRNA 5S i altres RNAs petits. Transcriuen uns 100 tipus i és inhibida només per altes concentracions de α-amantina.
Transcriu els gens que codifiquen per a tRNAs (promotors amb caixes A i B, que es troben a la cara interna que es transcriu a RNA) i el gen de rRNA 5S (promotors amb caixa C). També hi participa la TBP.
Les RNA polimerases I i III reconeixen promotors diferents.
Promotor basal de la RNA pol II per l’inici de la transcripció: les dues seqüències més comunes són la TATA i Inr (en cada gen es poden trobar les dues, una sola o cap), molt pròximes a l’origen, on s’hi uneixen els GTF i especifiquen el punt d’inici de la transcripció.
L’eficàcia i la especificitat de la transcripció d’un gen amb la pol II be determinada per gens constitutius o “housekeeping” i els gens específics de teixit, tot hi que no especifiquen el punt d’inici de la transcripció, sinó la freqüència d’inici. Aquests són els promotors proximals, són seqüències GC i CAAT que es troben disperses però pròximes al origen.
També trobem elements distals (potenciadors “enhancers” i silenciadors “silencers”) que es torben pròxims entre sí però allunyats de l’origen, i regulen l’eficàcia de l’inici de la transcripció. Aquests elements poden estar separats del promotor per varis milers de pb.
RNA pol II del llevat (eucariota simple): estructura similar a l’RNA polimerasa de procariota, té 12 subunitats i presenta àtoms de Zn i Mg. Té un CTD (C-terminal-domain) Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Thr repetit molts cops que es pot fosforilar. La unió al promotor només es fa a través de varies proteïnes, factors de transcripció generals (GTF).
- Proteïnes requerides per la iniciació (GTFs) de la transcripció per pol II: de reconeixement (TFIID), intermediàries (TFIIB), amb activitat helicasa (TFIIH), etc.
Biologia molecular i genòmica 5. TRANSCRIPCIÓ EN EUCARIOTES → Estructura de la TBP (TFIID): el complex entre els dos dominis de la TBP i la caixa TATA corba la molècula de DNA i obre el solc petit, formant un nucli per unir altres factors com el TFIIB.
Etapa de l’inici de la transcripció: unió de la RNA polimerasa II, formació del complex de preiniciació. Perquè es produeixi la elongació és necessària la fosforilació en S i T (YSPTSPS).
INHIBIDORS DE LA TRANSCIPCIÓ: antibiòtics i toxines.
- Tipus I: unió directa a la RNA polimerasa.
→ Rifampicina: s’uneix a la RNA pol bacteriana (subβ) quan esta sobre el promotor. S’utilitza com a antibiòtic en el tractament de la tuberculosi.
→ Α-Amanitina: inhibeix la RNA pol II i III eucariota.
- Tipus II (actinomicina D): unió al DNA deformant-lo, inhibeix també la DNA polimerasa.
Per exemple, al Streptomyces la part plana de la molècula s’intercala entre dos parells de bases C-G seguits, la RNA pol no es pot desplaçar pel motlle i bloqueja el pas de qualsevol polimerasa.
Integració d’un retrovirus en el genoma hoste: introducció de la molècula de RNA i la transcriptasa inversa. El RNA serà copiat a DNA i integrat en el genoma per la integrasa.
Control de l’expressió gènica a eucariotes La regulació de l’expressió gènica és més complexa ja que el genoma és més gran que en procariotes, hi ha major diversitat cel·lular (que depèn de l’expressió gènica diferencial), mecanismes més elaborats (hi ha activació i repressió, dominant l’activació) i l’accés a les proteïnes reguladores a DNA està restringit pels nucleosomes.
- Dues cèl·lules tenen el mateix genoma, però es diferencien a canvis en l’expressió gènica, no en la pèrdua de gens.
Elements reguladors d’un gen - Bacterià: presenta una seqüència reguladora i un promotor.
- Llevat: presenta varies seqüències i un promotor.
- Humà: presenta enhancers, seqüències reguladors i un promotor.
A més tipus cel·lulars, cal integrar més senyals i regular més quantitat de gens.
Regió reguladora del gen: Expressió regulada (gens induïbles): potenciadors i silenciadors (elements distals), també s’inclouen els elements de resposta a hormones.
Expressió bassal (gens constitutius i induïbles): elements proximals de la cadena i elements basals del promotor.
Factors de transcripció → Als elements proximals del promotor s’uneixen els factors de transcripció proximals.
Biologia molecular i genòmica 5. TRANSCRIPCIÓ EN EUCARIOTES → Al promotor basal s’uneixen els factors de transcripció generals.
→ Als elements distals (enhancers i silencers) s’uneixen factors de transcripció induïbles, aquests es troben amb dits de Zn o cremallera de leucines.
Els elements que es troben en cis són seqüències, i en trans són les proteïnes que s’uneixen aquests elements.
Els promotors proximals, per aconseguir una freqüència adequada, són necessàries seqüències generals com la caixa CAAT o la caixa GC. Fixen el nivell basal sense respondre a cap senyal específica de teixit o desenvolupament.
Factors addicionals necessaris per la transcripció mediada per l’RNA polimerasa II in vivo:  Coactivador  Complex mediador: ajuda a la correcta formació i estabilització del complex de preiniciació in vivo.
Interacciona d’una banda amb la cua carboxi-terminal de l’RNA polimerasa II (complex de preiniciació) i per l’altre, amb proteïnes activadores de la transcripció unides a DNA.
Aquest complex està format per més de 20 subunitats organitzades en mòduls dissociables, de funció majoritàriament desconeguda. Però, les proteïnes es poden combinar de vàries formes.
La complexitat amb mòduls dissociables sembla permetre la necessària flexibilitat per regular l’expressió dels diferents gens en resposta a diversos activadors o repressors específics de la transcripció.
 Modificadors i remodeladors de la cromatina: el grau d’empaquetament de la cromatina i la disposició dels nucleosomes controla l’expressió gènica.
Els complexos remodeladors de nucleosomes promouen canvis, dependents d’ATP, en la localització de nucleosomes.
 Els llocs hipersensibles a la DNAasa corresponen als gens que s’estan transcrivint.
L’accessibilitat del DNA a proteïnes reguladores de la transcripció pot estar restringit per l’estructura de cromatina  L’activació de la transcripció por estar associada a múltiples canvis en l’estructura de la cromatina de la zona transcrita.
 Les proteïnes activadores de la transcripció interaccionen amb complexes mutiproteics, com el complex mediador, donant com a resultat la descondensació de la cromatina, fent-la accessible a l’RNA-polimerasa i factors de transcripció generals en els promotors dels gens.
 Proteïnes repressores promouen la condensació de la cromatina i inhibició transcripcional.
L’accés a DNA necessari per la transcripció és una combinació de varis mecanismes 1. Posició precisa dels nucleosomes: proteïnes que s’uneixen a Histones no acetilades.
2. Acetilació d’histones: que s’hagin de desfer de forma parcial els nucleosomes, per l’avenç compatibles de la RNA pol amb la presència de nucleosomes.
3. Complex de la remodelació de la cromatina: que s’hagin de retirar o desplaçar els nucleosomes.
Canvis epigenètics: són el conjunt de canvis en el patró d’expressió gènica que no impliquen canvis en la seqüenciació del DNA i que són heretables.
- Modificacions covalents reversibles de les histones: provoquen la modificació de l’estructura de la cromatina. Tenen un paper important les cues de les histones H3 i H4 que sobresurten de cada octàmer del nucleosoma.
Biologia molecular i genòmica 5. TRANSCRIPCIÓ EN EUCARIOTES - Remodelació dels nucleosomes.
- Metilació del DNA en residus de citidina.
Modificació de les histones per acetilació - Menor grau d’acetilació: cromatina més condensada, transcripcionalment inactiva on es gens es troben reprimits, no s’expressen.
- Alt grau d’acetilació: cromatina menys condensada, transcripcionament activa, amb gens actius que s’expressen.
Les histones acetilades també són el nucli per unir-se a altres proteïnes. Una subunitat del TFIID conté dos dominis de 120 aa anomenats bromodominis que formen una cavitat que reconeix la cadena lateral d’una lisina acetilada.
En el cas de les histones metilades, s’hi uneixen proteïnes amb cromodominis.
Tot i així, hi ha algunes proteïnes que poden interaccionar amb les histones no modificades.
Alteracions locals de l’estructura de la cromatina dirigida per “activadors”: les proteïnes activadores recluten histones acetilades o modificadors nucleosòmics que s’uneixen a les seqüències allunyades i; - Acetilen les lisines de les histones - Remodelen la cromatina - Desplacen els nucleosomes.
Això, facilita la unió de la maquinària de transcripció al promotor.
Regulació de l’activitat del genoma eucariota per mecanismes que especifiquen quins gens són transcrits i quins romanen silenciats: - Canvis transitoris o semipermanents en l’activitat del genoma: gens silenciats per modificació de les histones o metilació del DNA (diferenciació cel·lular).
- Canvis transitoris en resposta a senyals que s’uneixen seqüències distals: → Senyals que travessen la membrana → Senyals a través de receptors de membrana.
Repressió de la transcripció més usual en eucariotes: les proteïnes repressores poden reclutar modificadors nucleosòmics que compacten la cromatina com: - Les histones desacetilades reprimeixen la transcripció a l’eliminar els grups acetils de les histones.
- Les metilases. La metilació de les cues d’histones reprimeix la transcripció i està implicada en el silenciament prolongat de gens.
Restricció de l’accés de les proteïnes de l’DNA per metilació de Citosina “Silenciament gènic” - Metiltransferases de DNA metilen residus de citosina en els eucariotes.
- Les citosines metilades es limiten a algunes zones que apareixen les seqüències 5’-CG-3’.
- Hi ha dos tipus de metilació: metilació de manteniment (després de la replicació es metila la cadena nova sintetitzada seguint el patró de la cadena motlle) i la metilació de novo (en llocs nous, canviant l’accessibilitat al DNA).
Restricció de l’accés al DNA per metilació - Hi ha illes CpG a prop dels promotors què estan afavorint la transcripció dels gens que controlen.
- El grup metil de la metilcitosina es projecta en el solc del DNA.
Biologia molecular i genòmica 5. TRANSCRIPCIÓ EN EUCARIOTES - - La metilació de citosina en seqüències GC silencia la transcripció per impediment estèric d’accessibilitat de les proteïnes d’unió al DNA. Afavorint la unió de complexos de desacetilació d’histones (HDAC) i la modificació de la cromatina.
La metilació de seqüències CpG en el DNA s’associa a gens que estan silenciats permanentment.
Canvis transitoris de l’activitat del genoma: són senyals que modifiquen l’expressió gènica a nivell d’inici de la transcripció controlant l’activitat dels factors de transcripció.
- Senyals nutricionals: glucosa, àcids grassos, etc. A través de senyals d’hormones (adrenalina, glucagó, isulina).
En aquest cas la hormona NO pot travessar la paret citoplasmàtica, fent que els receptors de membrana provoquin cascades de fosforilació.
- Altres senyals hormonals que utilitzen receptors nucel·lars (esteroides). La hormona POT travessar la paret citoplasmàtica. Distingim entre receptors citosòlics homodimèrics (estrògens, el coactivador serà l’encarregar d’obrir la cromatina) i heterodimèrics (vitamina D3).
Aquests receptors nuclears presenten dominis amb funcions diferents: unió al DNA, a l’hormona i d’activació de la transcripció.
Control combinatori: diferents gens es poden regular pel mateix senyal. Hi ha complexes que activen i altres que inhibeixen la transcripció, depenent de la combinació de factors, de senyals més generals, no especifiquen d’un sol gen i específiques.
Integració de varis senyals sobre un promotor: varis grups de proteïnes i complexes reguladors poden actuar conjuntament influint sobre un promotor. L’activitat transcripcional final dependrà de la competència entre complexes activadors i inhibidors.
...