som el que expresem cicle de conferències actualització de continguts de biologia

84
Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia Dr. Josep Clotet Universitat internacional de Catalunya Institut de Ciències de l'Educació Josep Pallach (ICE) 5 Octubre 2012

Upload: kaiser

Post on 13-Jan-2016

36 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

Dr. Josep Clotet Universitat internacional de Catalunya. Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia. Institut de Ciències de l'Educació Josep Pallach (ICE). - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Som el que expresem

Cicle de conferènciesActualització de continguts de Biologia

Dr. Josep ClotetUniversitat internacional de Catalunya

Institut de Ciències de l'Educació Josep Pallach (ICE)

5 Octubre 2012

Page 2: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Les cèl.lules funcionen gràcies a les proteïnes

Transport de substàncies

Estructuració

Enzims

Regulació

...

Defensa

Page 3: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

3. Pàgines Gens

Un gen - una proteïna – una funció

Page 4: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Flux de la informació genètica

DNA

Trànscrit primari

RNA missatger

AAAAAAA

Proteïna

Page 5: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Estructura bàsica de un gen

tata atg taa ttatt

Zona codificantPromotor Terminador

attatagtcaaatgggcatgttaaaggcagcttaggtaccccgaggacaccaaggaaaaacttattctggatttcggatttcgggggatttaggaactaaaggattattattaggcaa

Page 6: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Les cèl.lules són el que transcriuen els seus gens

Page 7: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Les mutacions gèniques també afecten a l’expressió de les proteínes

atgtcaactggatttcggatttcgggatttcgggatttagggctttagatcctaggaggc

atgtcaactggatttcggatttcgggatttcgggatttagggctttagatcctaggaggc

atgtcaactgatttcggatttcgggatttcgggatttagggctttaggatcctaggaggc

Page 8: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Transcription factor

Els factors de transcripció regulen l’expresió de gens

Page 9: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

El genoma accepta suggerènciesde l’ambient

atg tgc gcc ccg cct gca agc atc ccc

ccc gta acg cgt atc cga aaa aat aac

aag tca tta cca ggt ccct gga ttc gct

cctt gcc atg tgc gcc ccg cct gca agc

atc ccc ccc gta acg cgt atc cga aaa

aag tca tta cca ggt ccct gga ttc gct

cctt gcc atg tgc gcc ccg cct gca agc

ccc gta acg cgt atc cga aaa aat aac

aag tca tta cca ggt ccct gga ttc gct

Ambient

Page 10: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Exemples de regulació de la transcripció (I)

Page 11: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Exemples de regulació de la transcripció (II)

Page 12: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Exemples de regulació de la transcripció (II)

Page 13: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Els promotors integren la informació ambiental

Estímul 1

Estímul 2

Nivell nutrients

Altres cél.lules

Page 14: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia
Page 15: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia
Page 16: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

• Durant el desenvolupament es generen diferents combinacions de factors transcripcionals específics que indiquen els camins diversos de diferenciació per a cada cèl·lula

• Aquest model simple assumeix que la posició en cada divisió activa (o fa aparèixer) uns factors transcripcionals específics diferents

• Si continuéssim amb l’esquema proposat tindríem més de 10000 tipus cel·lulars diferents amb només 25 factors transcripcionals específics

Page 17: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Flux de la informació genètica

DNA

Trànscrit primari

RNA missatger

AAAAAAA

Proteïna

Page 18: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

1. Poliadenilació

Page 19: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

2. Mecanisme de splicing

Page 20: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Exemple de Splicing (I)

Page 21: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Exemple d’Splicing alternatiu (II)

Page 22: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

DNA genòmic humà

El 25 % de tot el Genoma Humà està constituit per uns 30000gens,molts dels quals encara no es coneix la seva funció

Només l’1 % de tot el Genoma Humà és DNA codificant, és a dir, exons

En canvi,el PROTEOMA HUMÀ está format

Per unes 50.000-60.000 proteïnes

L’origen d’aquesta discrepància és el fenomen de splicingo talls alternatius dels mRNA que pateixen probablement el 60% dels gens.

The Scientist 15[20]:1, Oct. 15, 2001Human Genes: How Many? Consolidation of transcript and protein databases suggests humans may have more than 70,000 genesBy Tom Hollon

Page 23: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Dscam, un gen con 38,000 isoformas potenciales

12 48 33 2

Dscam (Down Syndrome Cell Adhesion Molecule).Axon guidance Schmucker et al. (2000) Cell 101, 671Antibody-like molecules Watson et al (2005) Science 309, 1874

Exemples d’Splicing alternatiu (III)

Page 24: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Ponta et al. NATURE REVIEWS MOLECULAR CELL BIOLOGY (2003) vol 4: 33-45

Exemples d’Splicing alternatiu (IV)

Page 25: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

DNA

RNA Protein

Refinant el Dogma Central

Page 26: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

DNA

RNA Protein 2

Protein 3

Protein 1

Refinant el Dogma Central

Page 27: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

La diferent localització dels mRNAs en la cèl·lula pot restringir localment l’expressió d’una

proteïna a nivell traduccional

3. Transport i localització dels mRNAs

Page 28: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Masking and Cytoplasmic polyadenylation

Control dels mRNAs durant la meiosi

4. Enmascarament citoplasmàtic

Page 29: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

5. Edició del mRNA

Page 30: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

6. Degradació dels mRNAs

Page 31: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

7. Les proteïnes també accepten suggerències de l’ambient

atg tgc gcc ccg cct gca agc atc ccc

ccc gta acg cgt atc cga aaa aat aac

aag tca tta cca ggt ccct gga ttc gct

cctt gcc atg tgc gcc ccg cct gca agc

atc ccc ccc gta acg cgt atc cga aaa

aag tca tta cca ggt ccct gga ttc gct

cctt gcc atg tgc gcc ccg cct gca agc

ccc gta acg cgt atc cga aaa aat aac

aag tca tta cca ggt ccct gga ttc gct

Ambient

P

Page 32: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Exemples de modificacions postraduccionals de les proteínes

Page 33: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Flux de la informació genètica

DNA

Trànscrit primari

RNA missatger

AAAAAAA

Proteïna

Page 34: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8. Les proteïnes també moren

20 S 11 S19 S

Proteasoma 26S

Page 35: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Digestió intracel.lular lisosomal

PeroxisomaMitocòndria

Membrana Lisosoma

Page 36: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.1 Paper fisiològic celular de la degradació proteosomal

Proteasoma 26S

Page 37: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.1.1 Digestió de proteïnes en condicionsde manca de nutrients

Proteïnes amb seqüencies KFERQ:- RNAsa

- etc

Page 38: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.1.2 Digestió de partícules víriques

Complexe MHC-I

Resposta citotóxicadels linfòcits-T

Page 39: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.1.3 Digestió de proteïnes mal plegades al RE

Page 40: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.1.4 Un excés de proteïnes engega la‘resposta general de proteïnes mal

plegades’ (UPR)

Proteïnes mal plegades

Ire1 actiu

Splicing mRNA HAC1

HAC1 vida mitja llarga

Activació transcripciógens de ‘refolding’

Page 41: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.1.5. El cicle cel.lular és controlatper l’activitat del proteosoma

G1

S

G2

M

Page 42: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Els proteosomes són estructures altament conservades

8.2. ¿Com sap el proteasoma a qui ha de destruir?

Page 43: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.2 Les proteïnes condemnades al proteosoma estan marcades

¿Com sap la ubiquitina a qui s’ha d’unir?

Ub

Ubiquitina

Page 44: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.2. El sistema d’ubiquitinació decideix qui tindrà la marca

¿Com sap el sistema d’ubiquitanació a qui s’hi ha d’unir ubiquitina?

Proteinasubstrat

E3

Ub

?

Page 45: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

-

8.2.1 Reconeixement de substrats prèviament fosforilats

E3++

Proteinasubstrat

-

ProtQuinasa

Page 46: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

E3++-

8.2.1 Reconeixement de substrats prèviament fosforilats

Proteinasubstrat

-

Ub Ub

ProtQuinasa

¿Com sap ...?

Ub

Page 47: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.2.2 Reconeixement de l’extrem n-terminal

E3

Proteïnes que compleixen ‘end rule’:Aminoàcid carregat positivament o hidrofòbic

Proteinasubstrat

Ub Ub

Ub

Page 48: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.2.3 Reconeixement de determinades seqüencies

E3

Exemples:- ‘Caixes de destrucció’ de les ciclines mitòtiques

Proteinasubstrat

Ub Ub

Ub

Page 49: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.2.4 Associació amb proteïnes ‘motllo’

Proteinasubstrat

Page 50: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Proteinasubstrat

Ub Ub

Ub

8.2.4 Associació amb proteïnes ‘motllo’

Page 51: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.3 Patologies associades a errors en elsistema degradació proteosómica

8.3.1. Tumors: degradació de p53 per infeccions de papiloma virus

P53

Hsc70

AP-E6E6

Ub Ub

Ub

P53

AP-E6E6

P53

Ub Ub

Ub

Page 52: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.3 Patologies associades a errors en elsistema degradació proteosómica

8.3.2. Parkinson: acumulació en cervell d’alfa sinucleina agregada.

Mutacions en Ubiquitina carboxi-terminal hidrolasa (gen UCH-L)

Page 53: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

8.3 Patologies associades a errors en elsistema degradació proteosómica

9.3.4. Infeccions virals. - Proteïnes víriques s’uneixen a 20S o 19S del proteasoma.- Proteïnes interfereixen presentació de l’antigen (citomegalovirus humans HCMV)

8.3.3. Desordres neurològics.- Acumulació d’agregats de proteïnes en Alzaimer, Huntington’s, etc.- Mutació en subunitats E3 en sindrome d’Angelman.

Page 54: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Premi Nobel de Medecina 2006:la ciència mai no deixarà de

sorprendre'ns.

Institut de Ciències de l'Educació Josep Pallach (ICE)

5 Octubre 2012

Page 55: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

La genètica molecular no sempre funciona:el cas de les petúnies tossudes

Extracòpies delgen de la antocianina sintasa

Page 56: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Napoli and Jorgensen:1990

Page 57: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Detecció de Mex3 en embrió de C- elegans

-C +C

RNA antisentit RNA doble cadena del gen Mex3

Fire at al, Nature V391 pp 806-811 (1998)

La genètica molecular no sempre funciona:

el cas del becari equivocat.

Page 58: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

processing the dsRNA into 21-23 nt fragments

34

27212016

short-interfering RNA

QuickTime™ and aGIF decompressor

are needed to see this p icture.

step one:

Page 59: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

siRNAs have a defined structure

19 nt duplex

2 nt 3’ overhangs

Page 60: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Tuschl, Cell 2002

the antisense strand of the siRNA guides cleavagestep two:

Page 61: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

El sistema RISC elimina selectivament els fragments de doble cadena de RNA

Page 62: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

two Dicer-related pathways

Page 63: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

1. ¿Quin sentit biològic té?

3. ¿Quines aplicacions clíniques pot tenir?

2. ¿Quines aplicacions en la recerca té i pot tenir?

Page 64: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Virus RNA doble cadena cèl.lula

1.¿Quin sentit biològic té?I. Sistema inmunitari anti viral

Page 65: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

1. Transcripció

2. Sortida del Hairpin del nucli

3. Processament del complex

4. Separació de cadenes pel RISC

5. Impediment de la síntesi de proteïnes

1.¿Quin sentit biològic té?II. Tenim gens que codifiquen RNA

d ’interferència

Page 66: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

La fabricació de RNA es pot regular

El genoma accepta suggerències de l’ambient

I el transcriptoma també!

Page 67: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

C.briggsae Drosophila H. sapiens

conservation of microRNAs

C.elegans

miR-1

Lau et al 2001

Page 68: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Basal

Ganglia

Caudatenucleus

Lentiformnucleus

Putamen

Globuspallidus

Sub

stan

tia n

igra

Bas

al G

angl

ia

Cau

date

Nuc

leus

Put

amen

Tem

pora

l

Cer

ebel

lum

Hip

poca

mpu

s

Occ

ipita

l

miRNA Expression in the Brain

Page 69: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Calin, G.A., et al., 2004. PNAS 101:2999-3004microRNAs are located in “fragile regions” microRNAs are located in “fragile regions”

associated with various cancersassociated with various cancers

If miRNAs are developmental regulated,

could they also be involved in disease?

Page 70: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Predicting onco-miR TargetsRestrict search to 3’-UTRs of known oncogenes

miRNA Predicted Gene Target

miR-21 mutS homolog2 (MSH2)

miR-21 v-ski sarcoma viral oncogene (SKI)

miR-143 breakpoint cluster region (BCR)

miR-143 MCF.2 derived transforming sequence (MCF2)

miR-143 von Hippel-Lindau tumor suppressor (VHL)

miR-143 v-Ki-ras2 sarcoma oncogene (KRAS2)

miR-143 Cas-Br-M retroviral transforming sequence (CBL)

miR-145 Cas-Br-M retroviral transforming sequence (CBL)

miR-188 v-myc viral oncogene (MYCL1)

miR-200b cadherin 13 (CDH13)

miR-219 v-myc myelocytomatosis viral oncogene (MYCL1)

miR-219 B-cell CLL/lymphoma (BCL2)

miR-219 cadherin1 (CDH1)

let-7 nRAS, kRAS, nRAS (multiple binding sites)

let-7 MYC (multiple binding sites)

Page 71: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Confirmation of let-7 Target Genes

MYC protein

expression

RAS protein

expression

Neg Control let-7 pre-mIR

HepG2 cells (low let7)

Precursor miRNAs

Block target mRNA translation

Measure target protein

Introduce let-7 miRNA

miRNA Addition Experiment

Page 72: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Confirmation of let-7 Target Genes

Block miRNA and induce target

mRNA translation

Measure target protein

Introduce let-7 inhibitors

miRNA Subtraction Experiment HeLa cells (high let-7)

Negative Control let-7 anti mIR

RAS protein

expression

MYC protein

expression

Page 73: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Let-7 and RAS Expression in Lung Samples

NAT NAT TT

Pair 1 Pair 2

NAT T

Pair 3

GAPDH protein

Ras protein

let-7 miRNA

U6 snRNA

• Good correlation between

let–7 miRNA and RAS protein expression levels

0

400

800

1200

Actin mRNA Ras mRNA

Real timePCR

• Limited correlation between

mRNA and protein expression

levels

Lung squamous cell carcinoma

NAT=normal adjacent tissue; T=tumor

Page 74: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Model for miRNA Involvement in Lung Cancer

miRNAs as Therapeutics?

Decreased let-7 expression

Increased oncogene expression (MYC, RAS)

Induce cell proliferation

Cancer cell

Page 75: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

1. ¿Quin sentit biològic té?

3. ¿Quines aplicacions clíniques pot tenir?

2. ¿Quines aplicacions en la recerca té i pot tenir?

Page 76: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

3. Quines aplicacions clíniques pot tenir?

• Hematology (blood)

• Oncology (cancer)

• Stem cell biology

• Infectious diseases

Page 77: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Propietats farmacològiques dels RNA interferència

1)Totes les cèl.lules tenen la maquinària per fer RNAi2) Tots els gens són susceptibles de ser interferits.3) Facilitat de síntesi (anticossos, prot recombinants, etc.)4) Baix cost de producció.5) Químicament estable (liofilitzat es pot guardar atemperatura ambient).6) Rang de temps de l’efecte de silenciament: de 5 dies a vàries semanes.7)1000 vegades més actiu que els tractamentsamb RNA antisentit.8) Alta especificitat: baixa toxicitat.9) Alta especificitat: alta aparició de resistències, però…

Page 78: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Propietats farmacològiques dels RNA interferència

10) Al ser doble cadena de RNA pot despertarresposta d’interferons.11) No pot atravessar les cèl.lules.

Page 79: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

http://www.hhmi.org/biointeractive/rna/rnai/index.html

http://www.pbs.org/wgbh/nova/sciencenow/3210/02-expl-flash.html

Page 80: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Som el que expresem

Cicle de conferènciesActualització de continguts de Biologia

Dr. Josep ClotetUniversitat internacional de Catalunya

Institut de Ciències de l'Educació Josep Pallach (ICE)

5 Octubre 2012

Page 81: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia
Page 82: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Fig 13.18 MCB Darnell 4th ed.

Societat Catalana de

Biologia

Exemple 4: La sortida d’anafase està regulada per l’activitat del proteosoma

Page 83: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

Mecanisme transició ana/telofase

Cohesinas Separinas Securinas

Activacióproteosoma

Societat Catalana de

Biologia

Els cromosomes no se separen fins que tots i cada un d’ells no està unit al fus

Page 84: Som el que expresem Cicle de conferències Actualització de continguts de Biologia

MAD2

AnaphasetransitionKinetochore Checpoint

MAD2

Proteosoma

Societat Catalana de

Biologia

Els cromosomes no se separen fins que tots i cada un d’ells no està unit al fus