Regulación de la Expresión Génica
Explicaciones
Preguntas
Videos
Dra. Laura A. Calvo Castro Escuela de Biología Genética, 2025
Principales puntos de regulación de la expresión génica en las células
GENERALIDADES
(de un mismo organismo)
La unión de un elemento regulador (rosado) inhibe la transcripción
La unión de un elemento regulador (verde) permite que inicie la transcripción
ELEMENTOS REGULADORES
Corriente arriba
Corriente abajo
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN
Principales dominios proteicos de unión al ADN
EJEMPLOS DE PROTEÍNAS REGULADORAS Y LAS SECUENCIAS DE ADN QUE RECONOCEN
(sólo ejemplo, no para memorizar)
SECUENCIAS PROMOTORAS
Las regiones promotoras están conservadas en el árbol filogenético (caja Pribnow y caja TATA, por ejemplo) Pero, hay variaciones. Una misma secuencia promotora puede tener variantes en distintos genes del mismo organismo
Procariotas
REGULACIÓN GÉNICA: PROCARIOTAS VS. EUCARIOTAS
Eucariotas
Procesamiento del ARNm: capping, cola de adeninas, splicing de intrones
Exportación del ARNm al citoplasma
Modificaciones post-traduccionales en RE y Golgi
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN PROCARIOTAS
En procariotas, los genes adyacentes usualmente se transcriben juntos, por lo que el ARN mensajero lleva la información de varias proteínas distintas
ARNm en procariotas es POLICISTRÓNICO
Modelo OPERÓN: varios genes estructurales están organizados en grupos controlados por un solo sitio de regulación en cis
OPERÓN LAC: sistema inducible
OPERÓN LAC: paso a paso
Elementos del operón Lac La proteína represora es sintetizada por el gen I. Este gen no está controlado por el promotor del Operón Lac.
Los genes con un + significa que el gen está presente. Los genes con un - significa que el gen está ausente o inactivo
La versión "wild type" (silvestre) es la versión "normal" de un gen en la naturaleza
Ausencia de lactosa en el medio: la proteína represora se une a la secuencia operadora. Esto impide que la ARN polimerasa pueda transcribir los genes estructurales. No hay transcripción. Esto es lo normal, la célula sólo va a producir estos genes si hay lactosa en el medio. Sino, no vale la pena gastar "energía".
OPERÓN LAC: paso a paso
Presencia de lactosa en el medio: la lactosa interactúa con la proteína represora. La proteína represora sufre un cambio conformacional, y ya no se puede unir a la secuencia operadora. Esto deja el "carril" libre para que la ARN polimerasa pueda transcribir los genes estructurales.
Transcripción se da sólo cuando el represor NO se une a la región
operadora
¡Pero! Si hay lactosa y glucosa en el medio, la célula prefiere usar glucosa (menos gasto de energía)
RESUMEN OPERÓN LAC
¡Pero! Hay algunas mutaciones en los genes del Operón Lac
Los genes con un + significa que el gen está presente y funcional. Los genes con un - significa que el gen está ausente o inactivo. La "c" significa expresión constitutiva.
Mutantes del operón Lac Mutante I- El gen codificante de la proteína reguladora produce una proteína con el sitio de unión a la secuencia operadora alterado. Esto causa que la proteína represora no se puede unir a la secuencia operadora. El operón queda siempre "encendido" Mutante Oc La secuencia operadora tiene una mutación. Esta mutación no puede ser reconocida por la proteína represora, entonces esta proteína no se puede unir y por lo tanto el operón se mantiene "encendido" En ambos casos, el operón queda como un sistema de expresión constitutiva (siempre "encendido"
OPERÓN Trp: sistema reprimible
OPERÓN Trp: paso a paso
Si no hay triptófano en el medio, el sistema está naturalmente "encendido". Hay una proteína represora, pero ella solita no interactúa con la secuencia operadora.
Si aumenta la concentración de triptófano en el medio de cultivo, se dejan de producir las enzimas
necesarias para su síntesis. El triptófano interactúa con la proteína represora, causando un cambio conformacional que le permite unirse a la secuencia operadora, bloqueando la transcripción de los genes estructurales.
¡Pero! Existe un mecanismo de ATENUACIÓN por abundancia de triptófano
Aunque el represor esté unido a la región operadora, la
expresión del operón no se inhibe completamente. Hay un mecanismo que actúa después del inicio de la
transcripción (regulación a nivel de la traducción). Hay una región atenuadora, y corriente arriba hay dos codones Trp. En presencia de triptófano, se permite continuar la síntesis de la región atenuadora. El ARNm que se genera de la región atenuadora se puede plegar por autocomplementariedad en dos tipos de horquillas: horquilla terminación vs horquilla antiterminación
Codones Trp: Tiene que haber Trp disponible en la célula para poner continuar con la traducción
Mecanismo de ATENUACIÓN por abundancia de triptófano
Secuencia atenuadora
Cuando hay mucho Trp, se favorece la formación de horquilla entre regiones 3 y 4
Esta horquilla no deja pasar al ribosoma
Secuencia atenuadora se puede plegar sobre sí misma por complementariedad de bases entre las regiones 1-4
Cuando hay poco Trp, el ribosoma se atrasa en los codones Trp corriente arriba, y se favorece la formación de horquilla entre regiones 2 y 3
Esta horquilla sí deja continuar al ribosoma
Mecanismo de ATENUACIÓN por abundancia de triptófano
Repasemos:
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS
En eucariotas tenemos que considerar mayores niveles de empacamiento del ADN Para accesar a los genes, se requiere el desempacamiento del ADN, lo cual puede suceder mediante varios mecanismos que remodelan el empacamiento de las histonas
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS
Muchos mecanismos de empacamiento del ADN están regulados a través de modificaciones epigenéticas en las "colas" de las histonas
EPIGENÉTICA
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS
En eucariotas aplican los mismos principios de regulación que en procariotas: hay regiones promotoras, represores, intensificadores... La principal diferencia es que hay mayor complejidad en los mecanismos reguladores, y se debe considerar que: ARNm es monocistrónico y el ARNm requiere modificaciones para salir del núcleo. Además, debido al splicing alternativo, un mismo gen puede generar variasproteínas con funciones similares o diferentes
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS
ARN reguladores no codificantes
Dos tipos principales: Cortos y largos Importantes: miARN (micro ARN) siARN o ARNi (ARN interferencia) piARN (piwi-interacting ARN) lncARN (ARN largo no codificante)
Puede ser de origen endógeno o exógeno
Mecanismo endógeno Sin embargo, se han desarrollado vacunas y terapias génicas de ARN que utilizan este principio Se genera un transcrito de ARN complementario al ARN que se desea silenciar La célula no puede "leer" ARN de cadena doble, y normalmente es degradado
ARN largos no codificantes
Regulación a nivel transcripcional: Ejemplo: lncRNA Gas-5 funciona como un distractor, secuestra elmentos reguladores e impide que se forme el complejo de transcipción. Ejemplo: LincRNA-p21 se une a la región reguladora del gen por complementariedad de bases, impidiendo que se una el complejo de transcripción (bloquea el acceso al gen). Regulación a nivel traduccional: Ejemplo: LincRNA-p21 se une al transcrito por complementariedad de bases, generando un ARN de cadena doble que no puede ser "leído" por el ribosoma
Repasa las diapositivas de clase Lee las lecturas: Epigenética ARN reguladores no codificantes Repasa: Evolutionary Genomics: Statistical and Computational Methods (Ed. 2). Cap 1. Sección 4.1. pp 17-20
Regulación génica 2025
Laura Calvo
Created on March 7, 2023
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Regulación de la Expresión Génica
Explicaciones
Preguntas
Videos
Dra. Laura A. Calvo Castro Escuela de Biología Genética, 2025
Principales puntos de regulación de la expresión génica en las células
GENERALIDADES
(de un mismo organismo)
La unión de un elemento regulador (rosado) inhibe la transcripción
La unión de un elemento regulador (verde) permite que inicie la transcripción
ELEMENTOS REGULADORES
Corriente arriba
Corriente abajo
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN
Principales dominios proteicos de unión al ADN
EJEMPLOS DE PROTEÍNAS REGULADORAS Y LAS SECUENCIAS DE ADN QUE RECONOCEN
(sólo ejemplo, no para memorizar)
SECUENCIAS PROMOTORAS
Las regiones promotoras están conservadas en el árbol filogenético (caja Pribnow y caja TATA, por ejemplo) Pero, hay variaciones. Una misma secuencia promotora puede tener variantes en distintos genes del mismo organismo
Procariotas
REGULACIÓN GÉNICA: PROCARIOTAS VS. EUCARIOTAS
Eucariotas
Procesamiento del ARNm: capping, cola de adeninas, splicing de intrones
Exportación del ARNm al citoplasma
Modificaciones post-traduccionales en RE y Golgi
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN PROCARIOTAS
En procariotas, los genes adyacentes usualmente se transcriben juntos, por lo que el ARN mensajero lleva la información de varias proteínas distintas
ARNm en procariotas es POLICISTRÓNICO
Modelo OPERÓN: varios genes estructurales están organizados en grupos controlados por un solo sitio de regulación en cis
OPERÓN LAC: sistema inducible
OPERÓN LAC: paso a paso
Elementos del operón Lac La proteína represora es sintetizada por el gen I. Este gen no está controlado por el promotor del Operón Lac.
Los genes con un + significa que el gen está presente. Los genes con un - significa que el gen está ausente o inactivo
La versión "wild type" (silvestre) es la versión "normal" de un gen en la naturaleza
Ausencia de lactosa en el medio: la proteína represora se une a la secuencia operadora. Esto impide que la ARN polimerasa pueda transcribir los genes estructurales. No hay transcripción. Esto es lo normal, la célula sólo va a producir estos genes si hay lactosa en el medio. Sino, no vale la pena gastar "energía".
OPERÓN LAC: paso a paso
Presencia de lactosa en el medio: la lactosa interactúa con la proteína represora. La proteína represora sufre un cambio conformacional, y ya no se puede unir a la secuencia operadora. Esto deja el "carril" libre para que la ARN polimerasa pueda transcribir los genes estructurales.
Transcripción se da sólo cuando el represor NO se une a la región operadora
¡Pero! Si hay lactosa y glucosa en el medio, la célula prefiere usar glucosa (menos gasto de energía)
RESUMEN OPERÓN LAC
¡Pero! Hay algunas mutaciones en los genes del Operón Lac
Los genes con un + significa que el gen está presente y funcional. Los genes con un - significa que el gen está ausente o inactivo. La "c" significa expresión constitutiva.
Mutantes del operón Lac Mutante I- El gen codificante de la proteína reguladora produce una proteína con el sitio de unión a la secuencia operadora alterado. Esto causa que la proteína represora no se puede unir a la secuencia operadora. El operón queda siempre "encendido" Mutante Oc La secuencia operadora tiene una mutación. Esta mutación no puede ser reconocida por la proteína represora, entonces esta proteína no se puede unir y por lo tanto el operón se mantiene "encendido" En ambos casos, el operón queda como un sistema de expresión constitutiva (siempre "encendido"
OPERÓN Trp: sistema reprimible
OPERÓN Trp: paso a paso
Si no hay triptófano en el medio, el sistema está naturalmente "encendido". Hay una proteína represora, pero ella solita no interactúa con la secuencia operadora.
Si aumenta la concentración de triptófano en el medio de cultivo, se dejan de producir las enzimas necesarias para su síntesis. El triptófano interactúa con la proteína represora, causando un cambio conformacional que le permite unirse a la secuencia operadora, bloqueando la transcripción de los genes estructurales.
¡Pero! Existe un mecanismo de ATENUACIÓN por abundancia de triptófano
Aunque el represor esté unido a la región operadora, la expresión del operón no se inhibe completamente. Hay un mecanismo que actúa después del inicio de la transcripción (regulación a nivel de la traducción). Hay una región atenuadora, y corriente arriba hay dos codones Trp. En presencia de triptófano, se permite continuar la síntesis de la región atenuadora. El ARNm que se genera de la región atenuadora se puede plegar por autocomplementariedad en dos tipos de horquillas: horquilla terminación vs horquilla antiterminación
Codones Trp: Tiene que haber Trp disponible en la célula para poner continuar con la traducción
Mecanismo de ATENUACIÓN por abundancia de triptófano
Secuencia atenuadora
Cuando hay mucho Trp, se favorece la formación de horquilla entre regiones 3 y 4
Esta horquilla no deja pasar al ribosoma
Secuencia atenuadora se puede plegar sobre sí misma por complementariedad de bases entre las regiones 1-4
Cuando hay poco Trp, el ribosoma se atrasa en los codones Trp corriente arriba, y se favorece la formación de horquilla entre regiones 2 y 3
Esta horquilla sí deja continuar al ribosoma
Mecanismo de ATENUACIÓN por abundancia de triptófano
Repasemos:
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS
En eucariotas tenemos que considerar mayores niveles de empacamiento del ADN Para accesar a los genes, se requiere el desempacamiento del ADN, lo cual puede suceder mediante varios mecanismos que remodelan el empacamiento de las histonas
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS
Muchos mecanismos de empacamiento del ADN están regulados a través de modificaciones epigenéticas en las "colas" de las histonas
EPIGENÉTICA
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS
En eucariotas aplican los mismos principios de regulación que en procariotas: hay regiones promotoras, represores, intensificadores... La principal diferencia es que hay mayor complejidad en los mecanismos reguladores, y se debe considerar que: ARNm es monocistrónico y el ARNm requiere modificaciones para salir del núcleo. Además, debido al splicing alternativo, un mismo gen puede generar variasproteínas con funciones similares o diferentes
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA EN EUCARIOTAS
ARN reguladores no codificantes
Dos tipos principales: Cortos y largos Importantes: miARN (micro ARN) siARN o ARNi (ARN interferencia) piARN (piwi-interacting ARN) lncARN (ARN largo no codificante)
Puede ser de origen endógeno o exógeno
Mecanismo endógeno Sin embargo, se han desarrollado vacunas y terapias génicas de ARN que utilizan este principio Se genera un transcrito de ARN complementario al ARN que se desea silenciar La célula no puede "leer" ARN de cadena doble, y normalmente es degradado
ARN largos no codificantes
Regulación a nivel transcripcional: Ejemplo: lncRNA Gas-5 funciona como un distractor, secuestra elmentos reguladores e impide que se forme el complejo de transcipción. Ejemplo: LincRNA-p21 se une a la región reguladora del gen por complementariedad de bases, impidiendo que se una el complejo de transcripción (bloquea el acceso al gen). Regulación a nivel traduccional: Ejemplo: LincRNA-p21 se une al transcrito por complementariedad de bases, generando un ARN de cadena doble que no puede ser "leído" por el ribosoma
Repasa las diapositivas de clase Lee las lecturas: Epigenética ARN reguladores no codificantes Repasa: Evolutionary Genomics: Statistical and Computational Methods (Ed. 2). Cap 1. Sección 4.1. pp 17-20