transcripción burgos 05
TRANSCRIPT
TranscripciónAspectos básicos•Factores de transcripción•ARN polimerasas•Mecanismos de la transcripción•Maduración del ARN mensajero
•Inestabilidad de las moléculas de ARNm•Modificación y procesamiento del ARNm•Editing del ARNm
Aspectos básicos de la transcripción El proceso de la transcripción tiene la finalidad de obtener copias de la información contenida en el ADN.
Cuando la información está en el ADN nuclear, la transcripción tiene lugar en el núcleo celular.
En el caso del ADN mitocondrial ocurre en las mitocondrias.
Aspectos básicos de la transcripción
Secuencia del gen que se copia a ARN transcrito primario
La transcripción consiste en la obtención de una copia del ADN en forma de ARN.
Esta copia de ARN recibe el nombre de transcrito primario.
Posteriormente el ARN transcrito primario es procesado (modificado) para obtener un ARN maduro funcional.
El mecanismo de transcripción requiere:
•Hebra molde de ADN accesible a los factores de transcripción.
•Factores de transcripción que facilitan la unión de la ARN polimerasa dependiente de ADN y el inicio de la copia.
•La unión de ARN polimerasa.
•Ribonucleótidos para sintetizar el nuevo ARN.
Aspectos básicos de la transcripción
El ARN se va copiando de la hebra molde de ADN según las siguientes características:
•Cada ribonucleótido se añade por el extremo 3’ del anterior.
•La elongación, o crecimiento del ARN transcrito, se produce en dirección 5’ a 3’.
El ARN resultante es complementario y antiparalelo a la hebra de ADN molde.
Aspectos básicos de la transcripción
Algunas puntualizaciones
•La hebra codificante está orientada en dirección 3’ a 5’.
•El ARN que se está copiando comienza en 5’ y crece en dirección 3’.
• Las secuencias del ADN de la hebra no codificante y del ARN transcrito son iguales (salvo T/U).
•Por este motivo, se ha adoptado el convenio de escribir los genes en sentido 5’ a 3’, aunque la hebra codificante sea la de dirección 3’ a 5’.
Aspectos básicos de la transcripción
Factores de transcripción
Son factores proteicos que se unen a la región promotora, tanto basal como proximal y distal.
Su finalidad es facilitar la unión de las ARN polimerasas y ayudar a iniciar la copia del ADN.
Unión de factores de transcripción generales y
proximales
Unión de factores de transcripción
dístales
Factores de transcripción generales
Se unen a la caja TATA del promotor basal
Factores de transcripción
•TFIID formado por TBP general + TAFs específicos, de 9 a 12 tipos diferentes.
•THIIH helicasa y quinasa de RNApol-II
N: cualquier nucleótido
Y: bases pirimidínicas
punto de inicio de la síntesis de ARN
Factores de transcripción generales
Factores de transcripción
La unión de la proteína TBP (TATA binding protein, en verde) a la caja TATA se produce por el reconocimiento de las 8 pb de la caja (en rojo).
La unión del factor de transcripción TBP induce un cambio en la conformación de la región promotora basal del ADN.
Esta conformación es accesible a la unión de la ARN polimerasa.
Mecanismos de la transcripción
Adición de los factores de transcripción en el promotor basal.
•El modelo de unión puede ser holoenzima o escalonado como se muestra en la figura.
Factores de transcripción proximales•Los factores generales unidos al promotor basal
no suelen ser suficientes para iniciar la síntesis del ARN.
•La síntesis de ARN requiere la unión de factores al promotor proximal (de -30 a -200 pb corriente arriba del inicio de transcripción).
•La activación del promotor proximal determina la frecuencia con la que se produce el inicio de la transcripción.
Factores de transcripción
punto de inicio de la síntesis de ARN
Los genes housekeeping (domésticos) se encargan de las funciones celulares básicas, comunes a todas las células.
Estos genes se expresan constitutivamente y a velocidad constante.
Sus promotores sólo contienen elementos reconocidos por CTFs generales y proximales.
Factores de transcripciónFactores de transcripción proximales
Son factores proteicos CTF (o NF1) y SP1
Se unen a las cajas CAAT y GC del promotor proximal
Factores de transcripción dístales
•Se corresponden con genes inducibles que sólo se expresan en determinados tipos celulares, y cuya velocidad de expresión suele estar regulada.
•Estas secuencias pueden estar a varios miles de pb corriente arriba o corriente abajo del gen.
• Pueden ser potenciadores (enhancers) o silenciadores (silencers).
• También se conocen como elementos específicos de regulación, módulos de control o elementos de respuesta.
• Se distribuyen en un región de aproximadamente 100 pb
Factores de transcripción
Enhancers / Silencers
distal
proximal Basal
Para ello, los factores enlazados a las regiones dístales interaccionan con las proteínas reguladoras del complejo de transcripción
Factores de transcripción
Factores de transcripción dístales
La función de los factores de transcripción dístales es regular la eficacia del inicio de la transcripción.
Aunque el promotor basal y proximal están muy alejados, se forma un bucle en el ADN que permite la interacción entre los factores de transcripción enlazados a las regiones promotoras dístales-proximales-básales
Resumen de los lugares de unión de los factores de transcripción
Factores de transcripción
ARN polimerasas
Lugares de inicio y terminación de la secuencia codificante
La región del gen que se transcribe a ARN es más larga que la secuencia que contiene los exones codificantes.
El lugar de inicio está precedido por un segmento leader y en el extremo final se encuentra un segmento trailer
Además la región codificante es discontinua porque está interrumpida por intrones no codificantes.
Inicio transcripción Fin de transcripciónInicio traducción Fin traducción
AAA ...AAA
RNA m
ARN polimerasas
ARN pol III
Existen tres tipos de ARN polimerasas: ARN pol I, ARN pol II y ARN pol III.
Difieren en:
• Posición de unión con respecto al inicio de la transcripción
• Estructura molecular
• Tipos de secuencias de ADN que copian.
ARN pol II
RNA polymerase II
ARN pol I
ARN polimerasas
Complejos macromoleculares compuesto por 8 a 12 subunidades, y masa molecular > 500.000 D.
Existen tres tipos de RNA polimerasas para transcribir distintos tipos de genes.
Mecanismo de la transcripción
MCB 1001 Lodish
MCB 0402 Lodish
Acceso directo a MCB0402.lnk
Acceso directo a MCB1001.lnk
Maduración del ARNm
Los ARNm no son copias directas de los genes.
El proceso de transformación desde el ARN transcripto primario hasta la formación del ARNm capaz de salir del núcleo se llama maduración o procesamiento del ARNm.
Este proceso de maduración consta de varias transformaciones que ocurren en distintas etapas:
•Modificación del extremo 5’
•Eliminación de intrones y enlace de exones o splicing
•Adición de cola poliA en el extremo 3’
Maduración del ARNm
Modificación del extremo 5’
•m7GpppNpN•el enlace entre m7G y el primer nucleótido es trifosfato y se realiza entre dos carbonos 5’ adyacentes
Maduración del ARNm
Modificación del extremo 5’
•Además puede ocurrir metilación adicional en 2’-OH de la primera y segunda ribosas.
•El resultado es un extremo del ARN que es resistente a las exonucleasas.
•Estas modificaciones ocurren antes de que el ARN naciente haya alcanzado 30 nucleótidos.
Maduración del ARNmModificación del extremo 3’
La terminación del ARNm no corresponde a la posición donde se termina la trasncripción, sino que se deriva de la escisión de la molécula de pre-ARNm en una posición corriente arriba de su extremo 3’.
Consiste en la adición de una cola de nucleótidos de adenina que recibe el nombre de cola poliA.
Se trata de una adición de nucleótidos de adenina, lo que significa que esta región poliA no está codificada por una secuencia poliT en el gen que está siendo transcrito.
La longitud de la cola poliA es variable, desde 40 hasta 250 nucleótidos de adenina, como excepción los ARNm de las histonas carecen de esta cola poliA.
La cola poliA interviene en el transporte del núcleo al citoplasma, la estabilidad y la vida media del ARNm.
Maduración del ARNm
Modificación del extremo 3’
La poliadenilación está señalada por una secuencia en el ARN que se llama señal de poliadenilación: 5’-AAUAAA-3’Antes de la
poliadenilación se eliminan varios nucleótidos entre la señal de poliadenilación y una secuencia consenso rica en GU situada 30-40 nucleótidos corriente abajo.
Después actúa la poliA polimerasa.
Maduración del ARNm
Eliminación de intrones y enlace de exones o splicing
La etapa esencial de la maduración del ARN consiste en la eliminación de los intrones y la unión o empalme de los exones.
En promedio se calcula que existen 40 intrones por gen, con una longitud de hasta 20 kb.
En comparación, los exones son mucho más pequeños, típicamente inferiores a 1 kb.
De nuevo, los genes de las histonas son una excepción ya que carecen de intrones.
Maduración del ARNm
Eliminación de intrones y enlace de exones o splicing
La clase de intrón más frecuente está delimitada por secuencias GT-AG.
•GT-AG están en los extremos 5’ y 3’ del intrón que forman parte de secuencias consenso.
•Las variaciones en GT o AG dan lugar a importantes cambios en las secuencias de aminoácidos de los polipéptidos.
•Además, existe una base A en la secuencia YNCURAY en el interior del intrón que también es necesaria para su eliminación
YNCURAY
Maduración del ARNm
Eliminación de intrones y enlace de exones o splicing
Etapas:•Formación de un
lazo mediante la unión a la base A de la secuencia YNCURAY.
•Rotura en el extremo 5’.
•Corte del intrón y empalme de los exones flanqueantes.
Maduración del ARNm
Eliminación de intrones y enlace de exones o splicing
El proceso se lleva a cabo mediante la formación del espliceosoma formado por 6 SNRPs constituidas a su vez por proteína y 6 ARNsn.El espliceosoma tiene un tamaño de 3.000 kDa y contiene 45 polipéptidos y 5.000 nucleótidos de ARN.
Maduración del ARNm
Eliminación de intrones y enlace de exones o splicing
Resumen del proceso
Splicing alternativo: un gen – varios polipéptidos
Un mismo pre-ARNm puede madurar de distinta forma según el tipo celular considerado, dando lugar a ARNs adaptados a las necesidades particulares de un tejido o una situación fisiológica.
splicingalternativo
El splicing alternativo tiene gran implicación en la diferenciación celular y el control del desarrollo.
Maduración del ARNm
Ejemplos de splicing alternativo
splicingalternativo
splicingalternativo
Maduración del ARNm
Modificaciones postranscripcionales experimentadas por los ARNr y ARNt
Maduración del ARNm
Resumen de las modificaciones postranscripcionales experimentadas por los diversos tipos de ARN
Maduración del ARNm
Inestabilidad de las moléculas de ARN
La vida media de los ARNs es función del procesamiento, la estructura secundaria que adopten y las proteínas que puedan unirse.
Procariotas
Vida media de pocos minutos (3 min).
Eucariotas
ARNts y ARNrs son estables durante horas o días.
ARNms tiene una vida media de aproximadamente 6 horas (excepciones ARNm de c-fos 30 min, ARNms de globina en eritroblastos y ovoalbúmina 24 horas).
Esta renovación continua de los ARNs está en relación con el control de la expresión génica.
Los ARNs del cigoto y en las primeras divisiones celulares de la segmentación embrionaria son mucho más estables.
Editing del ARNmEl ARNm puede ser modificado después de la transcripción, este proceso se denomina editing.
• El mecanismo de editing fue descubierto en 1986 en genes mitocondriales de Trypanosoma brucei
• La modificación de nucleótidos puede ser por inserción, eliminación o cambio de los preexistentes
Editing del ARNm
Editing de apolipoproteína-B en intestino
•B100 hepática tiene 4563 aa
•Editing intestinal: eliminación de nucleótidos del ARNm produce B48 de 2153 aa
Precisión del editing de Apolipoproteína B
• Actúa el enzima citidin-desaminasa• Reconoce los nucleótidos situados a ambos
lados del lugar de editing• Esta secuencia es específica de ApoB
Editing del ARNm
Precisión en Trypanosoma
•El editing se realiza mediante RNAs guía
•RNAs guía son cortos RNAs ricos en As en las posiciones donde se produce el editing que inserta Us
Editing del ARNm
Maduración de los transcritos
MCB 0401n Lodish
Acceso directo a MCB0401N.lnk