14-04-2014

1

Química Fisiológica y Patología Integrada I

Biología Molecular, Genética y ProteínasClase I

Mario Chiong

Estructura de un gen

PROMOTOR GEN ESTRUCTURAL TERMINADOR

+1-1

Río abajo (down stream)

Río arriba (up stream)

Se anota sólo la hebra codificante

hebra codificante

hebra no codificante

mRNA

1 ctggggctgc tgtcctaagg cagggtggga actaggcagc cagcagggag gggacccctc 61 cctcactccc actctcccac ccccaccacc ttggcccatc catggcggca tcttgggcca 121 tccgggactg gggacagggg tcctggggac aggggtccgg ggacagggtc ctggggacag

1 MALWMRLLPL LALLALWGPD PAAAFVNQHL GSHLVEALYL VCGERGFFYT PKTRREAEDL 71 QVGQVELGGG PGAGSLQPLA LEGSLQKRGI VEQCCTSICS LYQLENYCN

14-04-2014

2

Cambios en el genoma

El genoma humano no es estático

Alteración cromosómica, ej. polisomías, aberracciones cromosómicas.

Inserción y deleción de genes.

Mutaciones de baja escala que producen, alteración de promotores, alteración procesamiento mRNA, alteración estructura proteína, alteración actividad enzimática, alteración estabilidad proteína, etc.

Polimorfismos

Alteraciones cromosómicas

• Pérdida o ganancia de cromosomas

• Ruptura de cromátidas

• Re‐arreglos de cromátidas

14-04-2014

3

Tipo de mutaciones

Nomenclatura de las mutaciones

En secuencia de DNAA28C = Adenina de la posición 28 es

reemplazada por una citosina.G‐345A = Guanina de la posición ‐345 es

reemplazada por una adenina. En secuencia de proteínaK112T =  Lisina de la posición 112 es 

reemplazada por una treoninaW24G =  Triptofano de la posición 24 es 

reemplazada por una glicina.

14-04-2014

4

Estudios Genéticos

• Pedigree

14-04-2014

5

Ejemplos de enzimopatías

Condición Enzima con actividad deficienteAlbinismo Tirosinasa

Deficiencia de aldosterona 18-Hidroxidehidrogenasa

Alcaptonuria Ácido homogentísico oxidasa

Angioqueratoma, difusa (Enfermedad de Fabry)

Ceramida trihexosidasa

Apnea, inducida por droga Pseudocolinesterasa

Ataxia, intermitente Piruvato decarboxilasa

Citrulinemia Ácido argininosuccínico sintetasa

Síndrome Crigler-Najjar Glucuronil transferasa

Sindrome Ehlers-Danlos, tipo V Lisil oxidasa

Farber lipogranulomatosis Ceramidasa

Enfermedad de Lesch-Nyham Hipoxantina fosforibosil transferasa 1

Fenilalanina hidroxilasa Fenilcetonuria

Gota• Alteración del metabolismo de las

purinas. Acumulación de ácido úrico.• Incidencia 800 : 100.000• Aparece más temprano en varones• Se asocia de obesidad, dislipidemia y

diabetes.• Causas: Aumento en la ingesta de

carnes rojas, falla en la eliminación renal.

• Tratamiento: alopurinol

14-04-2014

6

Enfermedad de Lesch‐Nyham• Enfermedad hereditaria ligada al cromosoma X causada por una deficiencia 

en la hipoxantina‐guanina fosforibosiltransferasa (HPRT)

• Existe acumulación de ácido úrico en todo el cuerpo causando gota severa, falla en el control muscular, y retardo mental moderado

• Incidencia: 1: 380.000

• Tratamiento: alopurinol

Inmunodeficiencia combinada severa

• En células con deficiencia en la adenosina deaminasa hay acumulación de desoxiadenosina y conversión de desoxiadenosina a dATP.

• Hay muy bajos niveles de ácido úrico.• La acumulación de estos dos metabolitos

afectan la proliferación de linfocitos.• La función alterada de los linfocitos

produce una grave inmunodeficiencia.

14-04-2014

7

14-04-2014

8

Degradación de proteínas intracelulares

SISTEMA LISOSOMAL

Endosomas - lisosomas

SISTEMA UBIQUITINA

Ubiquitina - proteasoma

14-04-2014

9

Ubiquitina

MQ

I F V K T L T

G K T I

T L E V E P S

D T

I E N V K

A K

I Q D K E G I

P P

D Q Q R L

I F

A G K

Q L E D G R

T L

S D

Y N I Q K

E S

T L

H L V L R L R

G G

Mecanismo de ubiquitinación

E1 E1ATP AMP+ PPi Ub

Ub

E2 E2 Ub

E3 E3

Ub

Ub Ub

Sustrato

Ub

E4

Enlace K48Enlace no K48Mono, multi-mono

Inactivación, activación, relocalización

Degradación por elproteasoma

E1 – Enzima activadora de ubiquitina E2 – Enzima conjugadora de ubiquitina

E3 – Ubiquitina ligasa

14-04-2014

10

Sistema Ubiquitina – ProteosomaDegradación de Proteínas

Desplegamiento

Translocación

Proteolisis

Reconocimiento

Desubiquitinación

Proteosoma 26S

ACTIVIDAD ENZIMÁTICATIPO QUIMOTRIPSINATipo tripsinaPeptidilglutamil hidrolasa

Proteína

Degradación

Agregación

Sistema Ubiquitina‐Protesoma y Enfermedad de Parkinson

14-04-2014

11

Autofagia

14-04-2014

12

Autofagia y Enfermedades

• Es la proporción de individuos que expresan un fenotipo, cuando todos tienen el genotipo que expresa el fenotipo.

Penetrancia

14-04-2014

13

• Cambios en la función de genes que son mitóticamente y/o meióticamente heredables y que no involucra un cambio en la secuencia de DNA.

Epigenética

14-04-2014

14

Mecanismos Epigenéticos

• Metilación y acetilación de histonas

• Metilación del DNA

• Regulación de la expresión génica a través de RNAs no codificantes

• Mecanismos basados en proteínas de priones

Modificación de Histonas

• Complejos HAT (histonas acetil transferasas)

• Complejos HDAC (histonas de‐acetilasas)

• Complejos HTM (histonas metiltransferasas)

• Complejos HDM (histonas demetilasas)

• Histonas Ser/Thr proteínas kinasas (fosforilación de histonas)

• Histonas proteínas fosfatasas (defosforilación en Ser/Thr de histonas)

14-04-2014

15

Regulación de la Expresión Génica por Acetilación de Histonas

Regulación de la Expresión Génica por  Metilación de Histonas

Berstein et al. Cell 2007; 128:669-81.

14-04-2014

16

Mecanismos Epigenéticos

• Metilación y acetilación de histonas

• Metilación del DNA

• Regulación de la expresión génica a través de RNAs no codificantes

• Mecanismos basados en proteínas de priones

Metilación del DNA

• En mamíferos, el ~1% del DNA tiene metilación en el carbono-5 de la citosina (5-metilcitosina).

• Ocurre más frecuentemente en los dinucleótidos 5’-CpG-3’ (~70% de todos los CpGs).

Herman, y Baylin. NEJM 2003:349; 2042-54.

14-04-2014

17

• Regiones (500-1 kb) de alto contenido de G+C.

• Relativamente sin metilación.• ~60% de los promotores de la RNA Pol II de

mamífero se encuentran en las islas CpG.

Islas CpG

Herman y Baylin. NEJM 2003:349; 2042-54

Maquinaria Celular de Metilación de DNA

14-04-2014

18

Regulación de la Expresión Génica por Metilación del DNA

MBD = Dominios de metilación del DNATRD = Dominios de regulación de la transcripciónHDAC = Histona deacetilasas

Sweatt JD. Biol Psychiatry 2009; 65:191-97.

Aberraciones en la Metilación

Estellar, M. Nat Rev Genet 2007; 8: 286-98.

14-04-2014

19

Maquinaria involucrada

• Drosha y Pasha son parte del complejo proteico “Microprocessor” (~600‐650kDa)

• Drosha y Dicer son enzimas RNasa III 

• Pasha es una proteina que une dsRNA

• Exportina 5 es una carioferina (“karyopherin”, factor  de transporte nucleocitoplasmático) que requiere Ran y GTP

• Argonautas son enzimas RNasa H

14-04-2014

20

Diferentes modos de acción de miRNA