Tema 9 Regulacin de la expresin gnica en

Tema 9: Regulación de la expresión génica en eucariotas Dr. Antonio Barbadilla 1 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 1

Objetivos tema 9: Regulación de la expresión génica en eucariotas Deberán quedar bien claros los siguientes puntos: • Regulación genética durante el desarrollo • Totipotencia y diferenciación • Mapas de destino en el nemátodo Caenorhaditis elegans • Desarrollo temprano de Drosophila • Genes maternos • Genes segmentales • Genes homeóticos • Regulación de la transcripción en eucariotas • Interacción elementos cis y factores trans • Metilación del DNA • Regulación postrancripcional • Procesamiento alternativo • Generación genética de la diversidad de anticuerpos • Genética del cáncer Dr. Antonio Barbadilla 2 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 2

Desarrollo ontogenético Dr. Antonio Barbadilla 3 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 3

El nemátodo Caenorhaditis elegans 959 células somáticas Ciclo vida 3, 5 días Dr. Antonio Barbadilla 4 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 4

El nemátodo Caenorhaditis elegans 959 células somáticas Ciclo vida 3, 5 días Dr. Antonio Barbadilla 5 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 5

Mapa de destino celular en C. elegans Dr. Antonio Barbadilla 6 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 6

Mapa de destino celular Dr. Antonio Barbadilla 7 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 7

Desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Juego de herramientas genéticas (Genetic toolkit): Conjunto de herramientas común que pueden utilizarse para crear muchas estructuras Dr. Antonio Barbadilla 8 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 8

Desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Dr. Antonio Barbadilla 9 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 9

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Genes maternos: crean gradiente citoplasmático en el huevo y su origen es materno • bicoid: segmentos anteriores • nanos: segmentos posteriores Dr. Antonio Barbadilla 10 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 10

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Genes de segmentación (aprx. 20): determinan el número y la organización de los segmentos • Genes gap: regiones del embrión • Genes regla de pares (pair-rules): definen pares de segmentos • Genes de polaridad de segmento: definen segmentos individuales Dr. Antonio Barbadilla 11 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 11

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Genes homeóticos: determinan la identidad de los segmentos. Se descubrieron a partir del estudio de mutantes homeóticos Mutante bithorax Dr. Antonio Barbadilla Mutante Antennapedia 12 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 12

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Mutante bithorax Dr. Antonio Barbadilla 13 Mutante Antennapedia Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 13

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Dr. Antonio Barbadilla 14 Mutante Antennapedia Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 14

Dr. Antonio Barbadilla 15 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 15

La expresión ectópica del gen homeótico eyeless produce la formación de las estructuras del ojo en una pata de Drosophila Dr. Antonio Barbadilla 16 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 16

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Genes homeóticos: determinan la identidad de los segmentos. Secuencia reguladora característica denominada homeobox -> Sec. DNA 180 pb, determinan sitios de unión DNA (motivo hélice-giro-hélice). Muy conservado entre especies • Complejo Antennapedia: grupos de genes homeóticos que controlan la identidad de los segmentos anteriores • Complejo bithorax: grupos de genes homeóticos que controlan la identidad de los segmentos posteriores Dr. Antonio Barbadilla 17 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 17

Conservacion evolutiva de los genes homeóticos (Hox) Dr. Antonio Barbadilla 18 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 18

Genes Hox Dr. Antonio Barbadilla 19 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 19

Filogenia genes Hox Dr. Antonio Barbadilla 20 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 20

Genes implicados en el desarrollo temprano de Drosophila melanogaster Esquema resumen de la cascada jerárquica de activación de genes Dr. Antonio Barbadilla 21 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 21

Patrones de expresión de genes Dr. Antonio Barbadilla 22 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 22

Patrones de expresión de genes herramientas Dr. Antonio Barbadilla 23 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 23

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: • Interacción elementos cis y factores trans • Elementos cis: promotores, intensificadores (enhancers) y silenciadores • Factores trans: factores de transcripción con dos dominios. Unión DNA e Inicio transcripción (algunos deben unirse antes a la RNA pol) • Dominios unión al DNA (diferentes clases) • Motivo dedo de zinc • Motivo hélice-giro-hélice • Motivo cremallera de leucina • Motivo puños de cobre • Hormonas esteroides • Remodelamiento de la cromatina por proteínas y activación génica • Metilación del DNA • Regulación postranscripcional • Procesamiento alternativo Dr. Antonio Barbadilla • i. RNA 24 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 24

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: • Interacción elementos cis y factores trans Dr. Antonio Barbadilla 25 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 25

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: • Interacción elementos cis y factores trans • Elementos cis: promotores, intensificadores (enhancers) y silenciadores Dr. Antonio Barbadilla 26 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 26

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: • Interacción elementos cis y factores trans Factores trans: factores de transcripción con dos dominios. Unión DNA e Inicio transcripción (algunos deben unirse antes a la RNA pol) • Dominios unión al DNA (diferentes clases) Motivo dedo de zinc Motivo hélice-giro-hélice Motivo cremallera de leucina Motivo puños de cobre Dr. Antonio Barbadilla 27 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 27

Regulación de la expresión génica en eucariotas Dr. Antonio Barbadilla 28 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 28

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: • Interacción elementos cis y factores trans • Factores trans: factores de transcripción con dos dominios. Unión DNA e Inicio transcripción (algunos deben unirse antes a la RNA pol) • Hormonas esteroides Dr. Antonio Barbadilla 29 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 29

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: Remodelamiento de la cromatina por proteínas y activación génica: código de las histonas (colas de histonas cuyos residuos de lisina pueden modicarse mediante la unión de grupos acetilo y metilo) Dr. Antonio Barbadilla 30 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 30

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: • Metilación del DNA en las regiones reguladoras de un gen que se hereda (herencia epigenética)-> Impronta parental (Parental imprinting) Metiltransferasa Citosina Metil-Citosina Dr. Antonio Barbadilla 31 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 31

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: • Regulación postranscripcional • Procesamiento alternativo • RNA interference, micro. RNAs (mi. RNA) Procesamiento alternativo Dr. Antonio Barbadilla 32 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 32

Regulación de la expresión génica en eucariotas Regulación transcripción: • Regulación postranscripcional • Procesamiento alternativo • RNA interference, micro. RNAs (mi. RNA) micro. RNAs Dr. Antonio Barbadilla 33 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 33

Genética del cáncer Crecimiento incontrolado clon celular -> Metástasis. Selección natural entre células somáticas de un organismo que escapan al control del organismos Tipos: • Leucemia (glóbulos blancos) • Linfoma (linfocitos) • Sarcoma (mesodermo: huesos, músculos) • Carcinoma (epitelio: piel, glándulas, mama) 85% cánceres Teoría mutacional y teoría vírica -> Fusión: Mutaciones somáticas Dr. Antonio Barbadilla 34 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 34

Genética del cáncer Metástasis Dr. Antonio Barbadilla 35 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 35

Genética del cáncer Causas genéticas Tres tipos de genes: • Oncogenes: promueven proliferación celular (protooncogén). Muy conservados evolutivamente. Patrón autosómico dominante • Genes supresores de tumores (TS): Inhiben la proliferación celular. Patrón autosómico recesivo. (P 53, el guardían del genoma –se expresa ante la falta de oxígeno, toxicidad ambiental, daños DNA) • Genes mutadores: genes que aumentan la tasa de mutación del conjunto del genoma Metáfora del autobús • Acelerador = protooncogén • Freno = TS genes • Saboteador = genes mutadores • Causas ambientales Dr. Antonio Barbadilla 36 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 36

Links de interés q. Animación genes maestros que controlan el diseño corporal q. Genesis of the body plan of Drosophila (Biology molecular of the Cell on line) q. Control of gene expression in eukaryotes Dr. Antonio Barbadilla 37 Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas 37