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10.2: Regulación de la expresión genética - Biología


Qué aprenderá a hacer: definir el término regulación según se aplica a los genes

Para que una célula funcione correctamente, las proteínas necesarias deben sintetizarse en el momento adecuado. El proceso de activar un gen para producir ARN y proteínas se llama la expresion genica. Para que esto suceda, debe haber un mecanismo para controlar cuándo se expresa un gen para producir ARN y proteína, qué cantidad de proteína se produce y cuándo es el momento de dejar de producir esa proteína porque ya no se necesita.

La regulación de la expresión génica conserva la energía y el espacio. Se requeriría una cantidad significativa de energía para que un organismo expresara todos los genes en todo momento, por lo que es más eficiente energéticamente activar los genes solo cuando son necesarios. Además, solo expresar un subconjunto de genes en cada célula ahorra espacio porque el ADN debe desenrollarse de su estructura en espiral para transcribir y traducir el ADN. Las células tendrían que ser enormes si cada proteína se expresara en cada célula todo el tiempo.

El control de la expresión génica es extremadamente complejo. Las fallas en este proceso son perjudiciales para la célula y pueden conducir al desarrollo de muchas enfermedades, incluido el cáncer.

Objetivos de aprendizaje

  • Analizar por qué no todas las células expresan todos sus genes.
  • Comparar la regulación de genes procariotas y eucariotas

Expresión de genes

La regulación genética hace que las células sean diferentes

Regulación genética es cómo una célula controla qué genes, de los muchos genes de su genoma, están "activados" (expresado). Gracias a la regulación genética, cada tipo de célula de su cuerpo tiene un conjunto diferente de genes activos, a pesar de que casi todas las células de su cuerpo contienen exactamente el mismo ADN. Estos diferentes patrones de expresión génica hacen que los distintos tipos de células tengan diferentes conjuntos de proteínas, lo que hace que cada tipo de célula se especialice de forma única para hacer su trabajo. En última instancia, la expresión génica puede implicar cambios en la transcripción o traducción, pero en eucariotas, la mayor parte del control de la expresión génica se produce en la transcripción.

Por ejemplo, una de las funciones del hígado es eliminar sustancias tóxicas como el alcohol del torrente sanguíneo. Para hacer esto, las células del hígado expresan genes que codifican subunidades (piezas) de una enzima llamada alcohol deshidrogenasa. Esta enzima descompone el alcohol en una molécula no tóxica. Las neuronas del cerebro de una persona no eliminan las toxinas del cuerpo, por lo que mantienen estos genes sin expresar o "apagados". De manera similar, las células del hígado no envían señales mediante neurotransmisores, por lo que mantienen desactivados los genes de los neurotransmisores (Figura 1).

Hay muchos otros genes que se expresan de manera diferente entre las células del hígado y las neuronas (o dos tipos de células en un organismo multicelular como usted).

¿Cómo "deciden" las células qué genes activar?

¡Ahora hay una pregunta complicada! Los diferentes tipos de células expresan diferentes conjuntos de genes, como vimos anteriormente. Sin embargo, dos células diferentes del mismo tipo también pueden tener diferentes patrones de expresión génica dependiendo de su entorno y estado interno.

En términos generales, podemos decir que el patrón de expresión génica de una célula está determinado por información tanto del interior como del exterior de la célula.

  • Ejemplos de información de dentro la célula: las proteínas que heredó de su célula madre, si su ADN está dañado y cuánto ATP tiene.
  • Ejemplos de información de fuera de la célula: señales químicas de otras células, señales mecánicas de la matriz extracelular y niveles de nutrientes.

¿Cómo ayudan estas señales a una célula a "decidir" qué genes expresar? Las células no toman decisiones en el sentido en que lo haríamos tú o yo. En cambio, tienen vías moleculares que convierten la información, como la unión de una señal química a su receptor, en un cambio en la expresión génica.

Como ejemplo, consideremos cómo responden las células a los factores de crecimiento. Un factor de crecimiento es una señal química de una célula vecina que le indica a una célula objetivo que crezca y se divida. Podríamos decir que la célula “nota” el factor de crecimiento y “decide” dividirse, pero ¿cómo ocurren realmente estos procesos?

  • La célula detecta el factor de crecimiento mediante la unión física del factor de crecimiento a una proteína receptora en la superficie celular.
  • La unión del factor de crecimiento hace que el receptor cambie de forma, lo que desencadena una serie de eventos químicos en la célula que activan proteínas llamadas factores de transcripción.
  • Los factores de transcripción se unen a ciertas secuencias de ADN en el núcleo y provocan la transcripción de genes relacionados con la división celular.
  • Los productos de estos genes son varios tipos de proteínas que hacen que la célula se divida (impulsa el crecimiento celular y / o empuja a la célula hacia adelante en el ciclo celular).

Este es solo un ejemplo de cómo una célula puede convertir una fuente de información en un cambio en la expresión genética. Hay muchos otros, y la comprensión de la lógica de la regulación genética es un área de investigación en curso en biología actual.

La señalización del factor de crecimiento es compleja e implica la activación de una variedad de dianas, incluidos factores de transcripción y proteínas que no son factores de transcripción.

Objetivos de aprendizaje

  • La regulación de genes es el proceso de controlar qué genes en el ADN de una célula se expresan (utilizados para fabricar un producto funcional como una proteína).
  • Diferentes células en un organismo multicelular pueden expresar conjuntos de genes muy diferentes, aunque contengan el mismo ADN.
  • El conjunto de genes expresados ​​en una célula determina el conjunto de proteínas y ARN funcionales que contiene, lo que le confiere sus propiedades únicas.
  • En eucariotas como los humanos, la expresión génica implica muchos pasos y la regulación génica puede ocurrir en cualquiera de estos pasos. Sin embargo, muchos genes están regulados principalmente a nivel de transcripción.

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Alcohol deshidrogenasa. (2016, 6 de enero). Consultado el 26 de abril de 2016 en Wikipedia: https://en.Wikipedia.org/wiki/Alcohol_dehydrogenase.

Cooper, G. M. (2000). Regulación de la transcripción en eucariotas. En La célula: un enfoque molecular. Sunderland, MA: Sinauer Associates. Obtenido de www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9904/.

Kimball, John W. (2014, 19 de abril). Los genomas humano y del chimpancé. En Páginas de biología de Kimball. Obtenido de http://www.biology-pages.info/H/HominoidClade.html.

OpenStax College, Biología. (2016, 23 de marzo). Regulación de genes de transcripción eucariota. En _OpenStax CNX. Obtenido de http://cnx.org/contents/[email protected]

OpenStax College, Biología. Regulación de la expresión génica. Obtenido de http://cnx.org/contents/[email protected]

Phillips, T. (2008). Regulación de la transcripción y expresión génica en eucariotas. Educación de la naturaleza, 1(1), 199. Obtenido de http://www.nature.com/scitable/topic...ession-in-1086.

Purves, W. K., Sadava, D. E., Orians, G. H. y Heller, H.C. (2003). Regulación transcripcional de la expresión génica. En Vida: la ciencia de la biología (7ª ed., Págs. 290-296). Sunderland, MA: Sinauer Associates.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V. y Jackson, R. B. (2011). La expresión de genes eucariotas está regulada en muchas etapas. En Biología Campbell (10ª ed., Págs. 365-373). San Francisco, CA: Pearson.

[/ respuesta-oculta]

Regulación de genes procariotas y eucariotas

Para comprender cómo se regula la expresión génica, primero debemos comprender cómo un gen codifica una proteína funcional en una célula. El proceso ocurre tanto en las células procariotas como en las eucariotas, pero de maneras ligeramente diferentes.

Organismos procariotas son organismos unicelulares que carecen de núcleo celular y, por tanto, su ADN flota libremente en el citoplasma celular. Para sintetizar una proteína, los procesos de transcripción y traducción ocurren casi simultáneamente. Cuando la proteína resultante ya no es necesaria, la transcripción se detiene. Como resultado, el método principal para controlar qué tipo de proteína y qué cantidad de cada proteína se expresa en una célula procariota es el regulación de la transcripción del ADN. Todos los pasos posteriores ocurren automáticamente. Cuando se requiere más proteína, se produce más transcripción. Por lo tanto, en las células procariotas, el control de la expresión génica se realiza principalmente a nivel transcripcional.

Células eucariotas, por el contrario, tienen orgánulos intracelulares que se suman a su complejidad. En las células eucariotas, el ADN está contenido dentro del núcleo de la célula y allí se transcribe en ARN. El ARN recién sintetizado se transporta fuera del núcleo al citoplasma, donde los ribosomas traducen el ARN en proteína. Los procesos de transcripción y traducción están físicamente separados por la membrana nuclear; la transcripción ocurre solo dentro del núcleo y la traducción ocurre solo fuera del núcleo en el citoplasma. La regulación de la expresión génica puede ocurrir en todas las etapas del proceso. (Figura 3). La regulación puede ocurrir cuando el ADN se desenrolla y se afloja de los nucleosomas para unirse a factores de transcripción (epigenético nivel), cuando se transcribe el ARN (nivel transcripcional), cuando el ARN se procesa y exporta al citoplasma después de que se transcribe (postranscripcional nivel), cuando el ARN se traduce en proteína (nivel de traducción), o después de que se ha producido la proteína (postraduccional nivel).

Las diferencias en la regulación de la expresión génica entre procariotas y eucariotas se resumen en la Tabla 1. La regulación de la expresión génica en estos tipos de organismos se analiza en detalle en las secciones posteriores.

Tabla 1. Diferencias en la regulación de la expresión génica de organismos procariotas y eucariotas
Organismos procariotasOrganismos eucariotas
Falta núcleoContener núcleo
El ADN se encuentra en el citoplasma.El ADN está confinado al compartimento nuclear.
La transcripción de ARN y la formación de proteínas ocurren casi simultáneamenteLa transcripción del ARN ocurre antes de la formación de proteínas y tiene lugar en el núcleo. La traducción de ARN a proteína ocurre en el citoplasma.
La expresión génica está regulada principalmente a nivel transcripcional.La expresión génica está regulada en muchos niveles (epigenético, transcripcional, transporte nuclear, postranscripcional, traduccional y postraduccional)

Preguntas de práctica

¿En qué nivel (s) se produce el control de la expresión génica en células eucariotas?

  1. solo el nivel transcripcional
  2. niveles epigenéticos y transcripcionales
  3. niveles epigenéticos, transcripcionales y traslacionales
  4. niveles epigenéticos, transcripcionales, postranscripcionales, traslacionales y postraduccionales

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[respuesta oculta a = ”386227 ″] Respuesta d. El control de la expresión génica en células eucariotas se produce a niveles epigenético, transcripcional, postranscripcional, traduccional y postraduccional.

[/ respuesta-oculta]

El control postraduccional se refiere a:

  1. regulación de la expresión génica después de la transcripción
  2. regulación de la expresión génica después de la traducción
  3. control de la activación epigenética
  4. período entre la transcripción y la traducción

[revel-answer q = ”960802 ″] Mostrar respuesta [/ revel-answer]
[respuesta oculta a = ”960802 ″] Respuesta b. El control postraduccional se refiere a la regulación de la expresión génica después de la traducción [/ hidden-answer]

Verifica tu entendimiento

Responda la (s) pregunta (s) a continuación para ver qué tan bien comprende los temas tratados en la sección anterior. Este breve cuestionario no cuente para su calificación en la clase y puede volver a tomarla un número ilimitado de veces.

Use este cuestionario para verificar su comprensión y decidir si (1) estudiar más la sección anterior o (2) pasar a la siguiente sección.


16.1 Regulación de la expresión genética

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Analice por qué no todas las células expresan todos sus genes todo el tiempo.
  • Describir cómo se produce la regulación de genes procariotas a nivel transcripcional.
  • Discutir cómo se produce la regulación de genes eucariotas a nivel epigenético, transcripcional, postranscripcional, traduccional y postraduccional.

Para que una célula funcione correctamente, las proteínas necesarias deben sintetizarse en el momento y lugar adecuados. Todas las células controlan o regulan la síntesis de proteínas a partir de información codificada en su ADN. El proceso de activar un gen para producir ARN y proteínas se llama expresión génica. Ya sea en un organismo unicelular simple o en un organismo multicelular complejo, cada célula controla cuándo y cómo se expresan sus genes. Para que esto suceda, debe haber mecanismos químicos internos que controlen cuándo se expresa un gen para producir ARN y proteína, qué cantidad de proteína se produce y cuándo es el momento de dejar de producir esa proteína porque ya no se necesita.

La regulación de la expresión génica conserva la energía y el espacio. Se requeriría una cantidad significativa de energía para que un organismo expresara todos los genes en todo momento, por lo que es más eficiente energéticamente activar los genes solo cuando son necesarios. Además, solo expresar un subconjunto de genes en cada célula ahorra espacio porque el ADN debe desenrollarse de su estructura en espiral para transcribir y traducir el ADN. Las células tendrían que ser enormes si cada proteína se expresara en cada célula todo el tiempo.

El control de la expresión génica es extremadamente complejo. Las fallas en este proceso son perjudiciales para la célula y pueden conducir al desarrollo de muchas enfermedades, incluido el cáncer.

Expresión génica procariota frente a eucariota

Para comprender cómo se regula la expresión génica, primero debemos comprender cómo un gen codifica una proteína funcional en una célula. El proceso ocurre tanto en las células procariotas como en las eucariotas, pero de maneras ligeramente diferentes.

Los organismos procarióticos son organismos unicelulares que carecen de núcleo celular y, por tanto, su ADN flota libremente en el citoplasma celular. Para sintetizar una proteína, los procesos de transcripción y traducción ocurren casi simultáneamente. Cuando la proteína resultante ya no es necesaria, la transcripción se detiene. Como resultado, el método principal para controlar qué tipo de proteína y qué cantidad de cada proteína se expresa en una célula procariota es la regulación de la transcripción del ADN. Todos los pasos posteriores ocurren automáticamente. Cuando se requiere más proteína, se produce más transcripción. Por lo tanto, en las células procariotas, el control de la expresión génica se realiza principalmente a nivel transcripcional.

Las células eucariotas, por el contrario, tienen orgánulos intracelulares que se suman a su complejidad. En las células eucariotas, el ADN está contenido dentro del núcleo de la célula y allí se transcribe en ARN. El ARN recién sintetizado se transporta fuera del núcleo al citoplasma, donde los ribosomas traducen el ARN en proteína. Los procesos de transcripción y traducción son físicamente separados por la membrana nuclear, la transcripción ocurre solo dentro del núcleo, y la traducción ocurre solo fuera del núcleo en el citoplasma. La regulación de la expresión génica puede ocurrir en todas las etapas del proceso (Figura 16.2). La regulación puede ocurrir cuando el ADN se desenrolla y se suelta de los nucleosomas para unirse a factores de transcripción (nivel epigenético), cuando el ARN se transcribe (nivel transcripcional), cuando el ARN se procesa y exporta al citoplasma después de su transcripción (nivel postranscripcional). ), cuando el ARN se traduce en proteína (nivel de traducción), o después de que se ha elaborado la proteína (nivel postraduccional).

Las diferencias en la regulación de la expresión génica entre procariotas y eucariotas se resumen en la Tabla 16.1. La regulación de la expresión génica se analiza en detalle en módulos posteriores.

Organismos procariotasOrganismos eucariotas
Carecen de un núcleo unido a la membranaContener núcleo
El ADN se encuentra en el citoplasma.El ADN está confinado al compartimento nuclear.
La transcripción de ARN y la formación de proteínas ocurren casi simultáneamenteLa transcripción del ARN ocurre antes de la formación de proteínas y tiene lugar en el núcleo. La traducción de ARN a proteína ocurre en el citoplasma.
La expresión génica está regulada principalmente a nivel transcripcional.La expresión génica está regulada en muchos niveles (epigenético, transcripcional, transporte nuclear, postranscripcional, traduccional y postraduccional)

Conexión Evolution

Evolución de la regulación genética

Las células procariotas solo pueden regular la expresión génica controlando la cantidad de transcripción. A medida que evolucionaron las células eucariotas, aumentó la complejidad del control de la expresión génica. Por ejemplo, con la evolución de las células eucariotas llegó la compartimentación de importantes componentes celulares y procesos celulares. Se formó una región nuclear que contiene el ADN. La transcripción y traducción se separaron físicamente en dos compartimentos celulares diferentes. Por lo tanto, fue posible controlar la expresión génica regulando la transcripción en el núcleo y también controlando los niveles de ARN y la traducción de proteínas presentes fuera del núcleo.

La mayor parte de la regulación genética se realiza para conservar los recursos celulares. Sin embargo, otros procesos regulatorios pueden ser defensivos. Se desarrollaron procesos celulares como el silenciamiento de genes para proteger a la célula de infecciones virales o parasitarias. Si la célula pudiera detener rápidamente la expresión génica durante un corto período de tiempo, podría sobrevivir a una infección cuando otros organismos no pudieron. Por lo tanto, el organismo desarrolló un nuevo proceso que lo ayudó a sobrevivir y pudo transmitir este nuevo desarrollo a la descendencia.

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    • Autores: Mary Ann Clark, Matthew Douglas, Jung Choi
    • Editor / sitio web: OpenStax
    • Título del libro: Biología 2e
    • Fecha de publicación: 28 de marzo de 2018
    • Ubicación: Houston, Texas
    • URL del libro: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
    • URL de la sección: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/16-1-regulation-of-gene-expression

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    La caja TATA

    Los diferentes tipos de células tienen patrones únicos de elementos reguladores que dan como resultado solamente la transcripción de los genes necesarios. Es por eso que una célula sanguínea y una célula nerviosa, por ejemplo, son tan diferentes entre sí. Algunos elementos regulatorios, sin embargo, son comunes a prácticamente todos genes, independientemente de las células en las que se produzcan. Un ejemplo es el Caja TATA , que es un elemento regulador que forma parte del promotor de casi todos los genes eucariotas. Varias proteínas reguladoras se unen a la caja TATA, formando un complejo de múltiples proteínas. Solo cuando todas las proteínas apropiadas se unen a la caja TATA, la ARN polimerasa reconoce el complejo y se une al promotor para que pueda comenzar la transcripción.

    Figura 5.9.3 Componentes de la transcripción reguladora del ADN. W en la secuencia del cuadro TATA puede ser A o T.


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    Casi todas las células del cuerpo contienen el genoma completo, pero solo algunos genes se expresan realmente en proteínas, y estas difieren entre las células. Por ejemplo, las neuronas y las células musculares expresan diferentes genes, lo que les permite tener diferentes funciones especializadas.

    El proceso de expresión génica comienza con la transcripción, cuando el ADN actúa como molde para la síntesis de ARN.

    La transcripción de ARN se somete a empalme, la eliminación de las secuencias de intrones no codificantes, dejando los exones codificantes. El resultado final es el ARN mensajero, ARNm, que luego viaja al ribosoma en las células eucariotas. Aquí, transfiera ARN, moléculas de ARNt, traduzca los codones de tres nucleótidos en el ARNm, en una secuencia de aminoácidos.

    La cadena polipeptídica de aminoácidos resultante generalmente se somete a un procesamiento adicional para convertirse en una proteína funcional.

    La expresión génica se puede regular en cualquier punto de este proceso. Por ejemplo, las modificaciones epigenéticas que alteran la estructura de la molécula de ADN, sin cambiar su secuencia, pueden inhibir o promover la transcripción de ciertos genes.

    Además, una vez que se transcribe un gen, la traducción puede inhibirse, por ejemplo, mediante pequeños ARN reguladores, impidiendo que el gen se exprese en proteína.

    14.1: ¿Qué es la expresión genética?

    Visión general

    La expresión genética es el proceso en el que el ADN dirige la síntesis de productos funcionales, como las proteínas. Las células pueden regular la expresión génica en varias etapas. Permite a los organismos generar diferentes tipos de células y permite que las células se adapten a factores internos y externos.

    La información genética fluye del ADN al ARN y a la proteína

    Un gen es un tramo de ADN que sirve como modelo para proteínas y ARN funcionales. Dado que el ADN está formado por nucleótidos y las proteínas están formadas por aminoácidos, se requiere un mediador para convertir la información codificada en el ADN en proteínas. Este mediador es el ARN mensajero (ARNm). El ARNm copia el plano del ADN mediante un proceso llamado transcripción. En eucariotas, la transcripción tiene lugar en el núcleo por apareamiento de bases complementarias con la plantilla de ADN. Luego, el ARNm se procesa y se transporta al citoplasma donde sirve como plantilla para la síntesis de proteínas durante la traducción. En los procariotas, que carecen de núcleo, los procesos de transcripción y traducción ocurren en el mismo lugar y casi simultáneamente, ya que el ARNm recién formado es susceptible de degradación rápida.

    La expresión genética se puede regular en cualquier etapa durante la transcripción

    Cada célula de un organismo contiene el mismo ADN y, en consecuencia, el mismo conjunto de genes. Sin embargo, no todos los genes de una célula se activan o se utilizan para sintetizar proteínas. Se dice que un gen se "expresa" cuando la proteína que codifica es producida por la célula. La expresión génica está regulada para garantizar la generación adecuada de proteínas en células específicas en momentos específicos. Varios mecanismos intrínsecos y extrínsecos regulan la expresión génica antes y durante la transcripción.

    La estructura del ADN compactado con cromatina y mdash y sus proteínas histonas asociadas puede modificarse químicamente para que sea abierta o cerrada. Tales modificaciones permiten o restringen el acceso de la maquinaria transcripcional al ADN. La modificación de la cromatina es un mecanismo intrínseco empleado durante el desarrollo para formar diferentes tipos de células (p. Ej., Neurona versus célula muscular) del mismo genoma.

    Las proteínas de unión al ADN, denominadas factores de transcripción, regulan la transcripción uniéndose a secuencias de ADN específicas cerca o dentro de las regiones codificantes de los genes. Los factores de transcripción que promueven el inicio de la transcripción se denominan activadores. Las proteínas que impiden que la maquinaria de transcripción se una al sitio de inicio de la transcripción se denominan represores. Los activadores o represores transcripcionales responden a estímulos externos como moléculas de señalización, deficiencias nutricionales, temperatura y oxígeno.

    La expresión genética se puede regular postranscripcionalmente y postraduccionalmente

    La expresión génica se puede regular mediante el procesamiento de ARNm postranscripcional. En eucariotas, el ARNm transcrito sufre un empalme y otras modificaciones que protegen los extremos de la cadena de ARN de la degradación. El empalme elimina intrones y mdashsegments que no codifican proteínas y mdasy une las regiones codificantes de proteínas llamadas exones. El empalme alternativo permite la expresión de proteínas funcionalmente diversas del mismo gen. La regulación de la expresión génica por empalme alternativo juega un papel importante en el desarrollo de órganos, la supervivencia y proliferación celular y la adaptación a factores ambientales.

    La expresión génica también se puede alterar regulando la traducción de ARNm en proteínas. La traducción puede ser regulada por microARN y mdashspequeños, ARN no codificantes y mdasht que se unen a una secuencia de ARNm específica y bloquean el inicio de la traducción o degradan el ARNm transcrito. Además, las proteínas llamadas represores de la traducción pueden unirse al ARN e interferir con el inicio de la traducción.

    Los polipéptidos traducidos se procesan para formar proteínas funcionales. La adición o eliminación de grupos químicos puede alterar la actividad, estabilidad y localización de proteínas en una célula. Por ejemplo, la adición o eliminación de grupos fosforilo (& ndashPO3 2-) puede activar o desactivar proteínas. De manera similar, la adición de grupos de ubiquitina provoca la degradación de las proteínas. Por tanto, las modificaciones de proteínas postraduccionales son la etapa final de la regulación génica.

    Phillips, Theresa. & ldquoRegulación de la transcripción y expresión génica en eucariotas. & rdquo Educación de la naturaleza 1 no. 1 (2008): 199 [Fuente]

    Ralston, Amy. & ldquoExaminar modificaciones de histonas con inmunoprecipitación de cromatina y PCR cuantitativa. & rdquo Educación de la naturaleza 1 no. 1 (2008): 118 [fuente]


    Regulación transcripcional de factores de transcripción hematopoyéticos

    El control de la expresión génica diferencial es fundamental para toda la biología de los metazoos. La hematopoyesis representa uno de los sistemas de desarrollo mejor comprendidos en el que las células madre sanguíneas multipotentes dan lugar a una gama de tipos de células maduras fenotípicamente distintos, todos caracterizados por sus propios perfiles de expresión génica distintivos. Pequeñas combinaciones de factores de transcripción que determinan el linaje impulsan el desarrollo de linajes maduros específicos a partir de precursores multipotentes. Dada su poderosa naturaleza reguladora, es imperativo que la expresión de estos factores de transcripción determinantes del linaje esté bajo estricto control, un hecho subrayado por la observación de que su misexpresión comúnmente conduce al desarrollo de leucemia. Aquí revisamos estudios recientes sobre el control transcripcional de factores clave de transcripción hematopoyética, que demuestran que los loci de genes contienen múltiples regiones reguladoras modulares dentro de las cuales se pueden identificar códigos reguladores específicos, que algunos elementos modulares cooperan para mediar la expresión específica de tejido apropiada, y que durante mucho tiempo Se necesitarán enfoques de rango para capturar todos los elementos regulatorios relevantes. También exploramos cómo los cambios en la tecnología impactarán en esta área de investigación en el futuro.


    Determinantes moleculares del desarrollo pulmonar.

    El desarrollo del sistema pulmonar es esencial para la vida terrestre. Las vías moleculares que regulan este complejo proceso están comenzando a definirse, y ese conocimiento es fundamental para nuestra comprensión de las enfermedades pulmonares congénitas y adquiridas. El Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre convocó un taller reciente para discutir los principios del desarrollo que regulan la formación del sistema pulmonar. La evidencia emergente sugiere que las vías de desarrollo clave no solo regulan la formación adecuada del sistema pulmonar, sino que también se reactivan tras la reparación y lesión posnatal y en la patogenia de las enfermedades pulmonares humanas. La comprensión molecular del desarrollo pulmonar temprano también ha dado lugar a nuevos avances en áreas como la generación de epitelio pulmonar a partir de células madre pluripotentes. El taller se organizó en cuatro temas diferentes, incluido el destino y la morfogénesis de las células pulmonares tempranas, los mecanismos de diferenciación de las células pulmonares, las interacciones tisulares en el desarrollo pulmonar y el impacto ambiental en el desarrollo pulmonar temprano. Se plantearon puntos críticos, incluida la importancia de la regulación epigenética de la expresión de genes pulmonares, la escasez de conocimientos sobre linajes mesenquimales importantes dentro del pulmón y la interacción entre el sistema pulmonar y cardiovascular en desarrollo. Este manuscrito describe el resumen de la discusión junto con recomendaciones generales para superar las lagunas en el conocimiento de la biología del desarrollo pulmonar.


    Regulación postraduccional en P. falciparum

    Aunque las comparaciones de proteomas y transcriptomas globales de alto rendimiento son emocionantes, no abordan el hecho de que el desarrollo de organismos eucariotas está regulado significativamente por modificaciones postraduccionales de la estructura y función de las proteínas, por ejemplo, escisión de proteasas [17], fosforilación, glicosilación , adición covalente de grupos lipídicos y formación de complejos moleculares (Figura 2). Foth et al. [1] ahora haga el primer esfuerzo sustancial para comprender cómo modulan los cambios tanto en la estructura de la proteína como en la cantidad de proteína Plasmodium desarrollo en sus estadios sanguíneos asexuales. Ha habido intentos previos de producir datos cuantitativos sobre los niveles de expresión de proteínas, pero la metodología elegante y logísticamente exigente de ese trabajo, utilizando métodos de radiomarcaje [18], carecía del potencial de mayor rendimiento de los métodos implementados por Foth. et al. Estos autores [1] utilizaron electroforesis en gel de diferencia bidimensional estandarizada experimentalmente (2D-DIGE) con marcaje fluorescente para comparar la expresión de proteínas en cuatro muestras (cada una de un 'ancho de banda' de 6 horas) tomadas de cultivos de glóbulos rojos infectados 34, 38, 42 y 46 horas después de la invasión.

    Aplicación de tecnologías 'ómicas' para comprender la regulación de la expresión de proteínas funcionales. El área en la que se aproxima 2D-DIGE (aplicada por Foth et al. [1]) son particularmente valiosos.

    El análisis de unas 9.000 manchas en los geles mostró que la abundancia de 278 proteínas cambiaba más de 1,4 veces entre muestras, siendo el factor más extremo el factor de iniciación de la traducción eIF5a, que presentaba un cambio de 15 veces. Se logró un análisis detallado que incluyó la identificación por espectrometría de masas (MS) para 54 proteínas, un retorno pequeño pero significativo por la inversión masiva realizada en comparación con enfoques anteriores menos discriminatorios que utilizan tecnología de identificación de proteínas multidimensional (MudPIT) o cromatografía en gel / líquida unidimensional / Tecnologías de EM [6–11], métodos que han identificado muchos cientos de proteínas en etapas individuales de la vida.

    Sin embargo, lo que carecen de los nuevos datos en cantidad está más que compensado por la nueva información sobre la abundancia de proteínas y los cambios de isoformas. Foth et al. [1] detectó múltiples isoformas para el 50% de todas las proteínas identificadas. Se consideró que diferentes isoformas de movilidad equivalente (Mr) se debían a cambios en la fosforilación. Se interpretó que un aumento en la movilidad entre dos isoformas se debía a la escisión de proteínas postraduccional (o degradación proteasomal). Una proteína, enolasa, se describió en no menos de siete isoformas diferentes, de las cuales dos parecían estar truncadas.

    Al comparar los datos proteómicos de estas muestras con los datos transcriptómicos anteriores de muestras comparables [5], Foth et al. [1] encontró que la expresión de algunas proteínas o isoformas, por ejemplo, la proteína chaperona HSP40 y cuatro isoformas de actina, coincidían con el modelo de síntesis "justo a tiempo". Curiosamente, la abundancia máxima de proteínas de otra isoforma de actina se retrasó después de la transcripción, lo que indica una modificación postraduccional regulada. La expresión de otras proteínas, por ejemplo HSP60, se correlacionó negativamente con sus niveles de ARNm.


    Conclusiones

    Los estudios de expresión comparativa proporcionan información importante sobre los procesos biológicos y pueden conducir al descubrimiento de patrones de regulación desconocidos. Si bien las limitaciones evolutivas sobre los patrones de expresión génica específicos de tejido se han investigado extensamente [7-9, 75, 76], la regulación constitutiva de las interacciones mediadas por RBP aún no se comprende bien [11, 12]. Se ha observado previamente que la localización celular y los niveles de expresión génica imponen condiciones estrictas sobre las propiedades fisicoquímicas de las secuencias de proteínas y ARN [77, 78], pero nunca antes se habían intentado análisis computacionales a gran escala de redes reguladoras constitutivas mediadas por RBP. Nuestro estudio muestra por primera vez que la integración de en silico predicciones [19] con ex vivo Los datos del perfil de expresión [6, 34] pueden usarse para descubrir características distintas de las funciones biológicas de la RBP.

    Observamos un enriquecimiento de términos GO únicos y funcionalmente relacionados para pares RBP-mRNA asociados con altas propensiones a la interacción y patrones de expresión específicos. En nuestro análisis, la coexpresión de los pares ARNm-RBP que interactúan (conjunto IC) está vinculada a la regulación de la proliferación y el control del ciclo celular, mientras que la anti-expresión (conjunto IA) es un rasgo característico de los procesos específicos de supervivencia, crecimiento y diferenciación. No excluimos que las asociaciones RBP-ARNm que muestran una propensión a la interacción pobre (conjuntos NIC y NIA) podrían tener importantes implicaciones evolutivas, ya que la separación espacio-temporal y la reactividad química limitada podrían ser formas de evitar asociaciones aberrantes [55].

    Encontramos que las proteínas de unión a ARN están enriquecidas en regiones estructuralmente desordenadas y que los fragmentos de polipéptidos desplegados promueven la asociación con moléculas de ARN con bajas propensiones a la interacción. Como las proteínas desordenadas son altamente reactivas [37], es razonable suponer que la interacción con el ARN debe regularse estrictamente para evitar el daño celular [39]. En este sentido, nuestros resultados amplían a nivel de ácido nucleico lo que se ha observado anteriormente para la promiscuidad general de las proteínas desplegadas de forma nativa [38, 79].

    En conclusión, esperamos que nuestro estudio de la interacción y expresión proteína-ARN sea útil en el diseño de nuevos experimentos y para caracterizar aún más las asociaciones de ribonucleoproteínas. Una lista de interacciones propuestas y un servidor para nuevas consultas están disponibles en la página web de catRAPID express [27].


    Resumen de la sección

    Si bien todas las células somáticas de un organismo contienen el mismo ADN, no todas las células de ese organismo expresan las mismas proteínas. Los organismos procariotas expresan todo el ADN que codifican en cada célula, pero no necesariamente todos al mismo tiempo. Las proteínas se expresan solo cuando se necesitan. Los organismos eucariotas expresan un subconjunto del ADN que está codificado en cualquier célula dada. En cada tipo de célula, el tipo y la cantidad de proteína se regula controlando la expresión génica. To express a protein, the DNA is first transcribed into RNA, which is then translated into proteins. In prokaryotic cells, these processes occur almost simultaneously. In eukaryotic cells, transcription occurs in the nucleus and is separate from the translation that occurs in the cytoplasm. Gene expression in prokaryotes is regulated only at the transcriptional level, whereas in eukaryotic cells, gene expression is regulated at the epigenetic, transcriptional, post-transcriptional, translational, and post-translational levels.

    Ejercicios

    Glosario

    alternative RNA splicing: a post-transcriptional gene regulation mechanism in eukaryotes in which multiple protein products are produced by a single gene through alternative splicing combinations of the RNA transcript

    epigenetic: describing non-genetic regulatory factors, such as changes in modifications to histone proteins and DNA that control accessibility to genes in chromosomes

    gene expression: processes that control whether a gene is expressed

    post-transcriptional: control of gene expression after the RNA molecule has been created but before it is translated into protein

    post-translational: control of gene expression after a protein has been created


    Ver el vídeo: Regulación de la expresión génica (Enero 2022).