Govea villaseñor-rafael-estructura y función de genes

Estructura y función de los genesEstructura y función de los genes

M. en C. RAFAEL GOVEA M. en C. RAFAEL GOVEA VILLASEÑORVILLASEÑOR

UAMI-CINVESTAV-IPNUAMI-CINVESTAV-IPN

M. en C. RAFAEL GOVEA M. en C. RAFAEL GOVEA VILLASEÑORVILLASEÑOR

UAMI-CINVESTAV-IPNUAMI-CINVESTAV-IPN

Versión 1.0Versión 1.0

Dicotomía Eucariote-ProcarioteDicotomía Eucariote-Procariote

Diapo 1223Diapo 1223

Flujo de la Información genéticaFlujo de la Información genética

El Dogma Central es erróneoEl Dogma Central es erróneo

RTRT

Procesos Genéticos BásicosProcesos Genéticos Básicos

RecombinaciónRecombinación

ReplicaciónReplicación

TranscripciónTranscripción

TraducciónTraducción

Reparación...Reparación...M en C Rafael M en C Rafael

Govea Govea VillaseñorVillaseñor

¿Qué es un gen?¿Qué es un gen?

Es una secuencia de monómeros (incluyendo sus Es una secuencia de monómeros (incluyendo sus variantes en diversos linajes) que codifica la variantes en diversos linajes) que codifica la síntesis de un(os) polímero(s) funcional(es).síntesis de un(os) polímero(s) funcional(es).

mutaciónmutaciónrecombinaciónrecombinación

Selección Selección naturalnatural DerivaDeriva

M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor

Posición de los genes en un cromosomaPosición de los genes en un cromosoma

Takeda, M 2012 Takeda, M 2012 How is the biological information arranged in genome? How is the biological information arranged in genome? AJMBAJMB 2, 171-86 2, 171-86M en C Rafael M en C Rafael


Orientación de los genes en un ADN circularOrientación de los genes en un ADN circular

M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea

VillaseñorVillaseñor

OperonOperon



Operon LacOperon Lac



Los genes procarióticos son policistrónicosLos genes procarióticos son policistrónicos

mRNA ProcarióticomRNA Procariótico

AUGAUG AUGAUG AUGAUG AUGAUG

ProteínasProteínas



Regulación de operonesRegulación de operones



Loenen, WAM et al 2014 Loenen, WAM et al 2014 Highlights of the DNA cutters, a short history of the restiction enzymesHighlights of the DNA cutters, a short history of the restiction enzymes Nucl. Nucl. Acids Res.Acids Res. 42(1)3-19 42(1)3-19

CodificaCodifica Proteínas C Proteínas C

Secuencia operadoraSecuencia operadora

RNAm RNAm Bacteriano (inicio)Bacteriano (inicio)

Pr omot orPr omot or



La RNA polimerasa se une al promotor con la La RNA polimerasa se une al promotor con la asistencia de un asistencia de un factor sigmafactor sigma..

Unión del factor Sigma + RNApolUnión del factor Sigma + RNApol



Avance de la transcripciónAvance de la transcripción



RNAm RNAm Bacteriano (fin)Bacteriano (fin)



Al llegar la RNA polimerasa al fin del operon, Al llegar la RNA polimerasa al fin del operon, se forma una horquilla en el mRNA que se forma una horquilla en el mRNA que provoca el término de la transcripción provoca el término de la transcripción

(terminación Rho independiente).(terminación Rho independiente).

RiboswitchRiboswitch

Ver: http://www.powershow.com/view/14cd2-OTJiY/Riboswitches_powerpoint_ppt_presentation

Los Riboswitch son elementos eubacterianos que controlan, en Los Riboswitch son elementos eubacterianos que controlan, en ciscis, el fin de la transcripción o evitan la traducción en función de , el fin de la transcripción o evitan la traducción en función de

la presencia o ausencia de ligandos (metabolitos diversos)la presencia o ausencia de ligandos (metabolitos diversos)

Los Riboswitch NO necesitan proteínas Los Riboswitch NO necesitan proteínas para funcionarpara funcionar

Inicio de la traducciónInicio de la traducción



Elongación de la traducciónElongación de la traducción



Terminación de la traducciónTerminación de la traducción



5'

44 66 193 860 pares de bases760 1092 582

3'exón 1exón 1 exón 2exón 2 exón 3exón 3 exón 4exón 4

N C1 299

amino-ácidos

112 158

alelo alelo ε 2ε 2 Cys Cys CysCysalelo alelo ε 3ε 3 CysCys ArgArgalelo alelo ε 4ε 4 ArgArg ArgArg

Región de unióna lípidos

Región de unión alreceptor de LDL (ApoB/E)

130130 160

244 272

unión a Aß

Gen de la Apolipoproteína EGen de la Apolipoproteína EA)

B) Apolipoproteína EApolipoproteína EApolipoproteína EApolipoproteína E

R.G.V./96-97

5.5 kb en 19q13 .25.5 kb en 19q13 .2AluAlu AluAlu AluAlu AluAlu

intronesintrones

Corte y Empalme del Corte y Empalme del Transcrito Primario (Splicing) Transcrito Primario (Splicing)

Splicing (corte y empalme)Splicing (corte y empalme)PyPy8080NPyNPy8080PyPy8787PuPu7575APyAPy9595GUGU

AGAG

SpliceosomeSpliceosome

El El espliciosomaespliciosoma es un complejo RNP eucariótico que lleva a es un complejo RNP eucariótico que lleva a cabo el corte y empalme del transcrito primario durante su cabo el corte y empalme del transcrito primario durante su

transformación en mRNAtransformación en mRNA

Will, CL & R Rührmann (2010)Will, CL & R Rührmann (2010) Spliceosome structure and function Spliceosome structure and function--Cold Spring Harb PerspectCold Spring Harb Perspect BiolBiol-2-2

5 snRNA 5 snRNA U1U1U2U2U4U4U5U5U6U6

Más de 50 Más de 50 proteínas proteínas durante el durante el ciclo de ciclo de corte y corte y

empalmeempalme

SpliceosomaSpliceosoma

snRNA (˜100-300pb)snRNA (˜100-300pb)

snRNPsnRNP

U1U1

U4/6U4/6

U2U2

U5U525x50 nm25x50 nm

50-60S50-60S50 proteínas en total 50 proteínas en total (menos en cada momento)(menos en cada momento)

U2U2

U2U2

El Spliceosoma procede paso a pasoEl Spliceosoma procede paso a paso

U1U1GUGU UACUAACUACUAAC AGAG

U1U1UGUG

UACUAACUACUAAC AGAG

U4U4U5U5

U6U6

U2U2

U1U1U4U4UU

GGUACUAACUACUAAC AGAG

U5U5

U6U6


U1U1 U1U1UUGG

UACUAACUACUAAC AGAG

U4U4U5U5

U6U6

UUGG

UACUAACUACUAAC AGAG

U4U4U5U5

U6U6

U4U4U5U5

U6U6

U4U4

U5U5

U6U6U2U2

U5U5

U6U6


UUGG

UACUAACUACUAAC AGAG

Exón 1Exón 1 Exón 2Exón 2

GUGU UACUAACUACUAAC AGAG

Cortes y empalmes alternativos del Transcrito 1º de Cortes y empalmes alternativos del Transcrito 1º de la proteína Tau humanala proteína Tau humana

11 22 33 44 4A4A 55 66 77 99 1010 1111 1212 1313-1-1 88 1414

Exones empalmadosExones empalmados IsoformasIsoformassólo constitutivossólo constitutivos 35235222 3813811010 3833832 y 32 y 3 4104102 y 102 y 10 4124122, 3 y 102, 3 y 10 4414414A4A Big Tau Big Tau

SNCSNC

?? ??

ISOFORMAS DE TAUISOFORMAS DE TAU

45 74 103 275 305 E-391

441

N C

412

383

410

381

352

Dominios de unión a microtúbulos

R1 R3 R4R1 R3 R4

R1 R3 R4R1 R3 R4

R1 R3 R4R1 R3 R4

Tau grandeTau grandeR1 R2 R3 R4R1 R2 R3 R4

R1 R2 R3 R4R1 R2 R3 R4

R1 R2 R3 R4R1 R2 R3 R4

R1 R2 R3 R4R1 R2 R3 R4

R.G.V./96-97

733

EnEnelel

SSNNCC

mRNA Eucariótico mRNA Eucariótico

AAAAAAAAAAAUGAUG

UAAUAAUGAUGAGUAGUA

+G5’+G5’

ProteínaProteína



Transcripción de DNA

Ver: http://www.nature.com/nrg/multimedia/rnai/animation/index.html

Inicio de la Transcripción Eucariótica

TATAInicio de la Transc.

DNA

Inicio de la Transcripción Eucariótica

Inicio de la Transcripción

Secuencia de Secuencia de controlcontrol

enhancersenhancers silenciadoressilenciadoresDNA

TATA

TBPTBPTFTFIIIIBB

RNApolRNApolIIII

TFTFIIIIAA

TFTFIIIIDD

TFTFIIIIEE

TFTFIIIIHH

TFTFIIIIFF

TAFTAFIIII130130

EnhancersEnhancers



Bickmore, WA 2013 Bickmore, WA 2013 The Spatial Organization of the human genomeThe Spatial Organization of the human genome AnnRevGenomics Hum GenetAnnRevGenomics Hum Genet 14,19.1-19.18 14,19.1-19.18

TFTFIIIIBBTPBTPB

Inicio de la Transcripción EucarióticaInicio de la Transcripción Eucariótica



TATA

enhancersenhancers silenciadoressilenciadores

DNA

F.T.T.Ep.F.T.T.Ep. TBPTBP TFTFIIIIBB

-25 bp-25 bp+1 bp+1 bp

RNApolRNApolIIII

Inicio de la Transcripción EucarióticaInicio de la Transcripción Eucariótica



TATA

enhancersenhancers silenciadoressilenciadores DNA

F.T.T.Ep.F.T.T.Ep. TBPTBPTFTFIIIIBB

RNApolRNApolIIIIRNApolRNApolIIIIRNApolRNApolIIIIRNApolRNApolIIIIRNApolRNApolIIII

Traducción del ARNmTraducción del ARNm

(Síntesis de Proteína)(Síntesis de Proteína)

Código GenéticoCódigo Genético

ADNADN ARN T.1ºARN T.1º ARNmARNm ProteínaProteínaTranscripciónTranscripción Corte y empalmeCorte y empalme TraducciónTraducciónRéplicaciónRéplicación


RibosomaRibosoma

Subunidad Subunidad MayorMayor

Subunidad Subunidad menormenor

mRNAmRNA

PolipéptidoPolipéptido

tRNA-aatRNA-aatRNA-ptRNA-p

Prueba de la existencia de un Mundo de ARN Prueba de la existencia de un Mundo de ARN previo al actualprevio al actual

30S30S 50S50S

tRNAtRNA

mmRRNNAAPéptido Péptido nacientenaciente

Proteínas Proteínas ribosomalesribosomales

Traducción de mRNASubunidad mayorSubunidad mayorProteína Proteína

nacientenaciente

mRNAmRNA

tRNA-aa tRNA-aa entranteentrante

Subunidad menorSubunidad menorVer: http://www.nature.com/nrg/multimedia/rnai/animation/index.html

Traducción de mRNA


TraducciónTraducción



Partícula de reconocimiento de señal Partícula de reconocimiento de señal (SRP)(SRP)

Translocación de proteínas


Complejo de Chaperonas GroEl-ESComplejo de Chaperonas GroEl-ES

GroELGroEL

Modificaciones PostraduccionalesModificaciones Postraduccionales

• Acetilación (N-ter. e intracadena) rev.Acetilación (N-ter. e intracadena) rev.• Fosforilación (Ser-Thr y Tyr) rev.Fosforilación (Ser-Thr y Tyr) rev.• Sulfatación (Tyr)Sulfatación (Tyr)• Metilación (N-ter. e intracadena: R, D y E)Metilación (N-ter. e intracadena: R, D y E)• Hidroxilación (Pro)Hidroxilación (Pro)• ADP ribosilación (Glu (E) y Lys )ADP ribosilación (Glu (E) y Lys )• Proteólisis (Proteólisis (• Glucosilación (Asn, Ser, Thr, Lys…) Glucosilación (Asn, Ser, Thr, Lys…) • Ubicuitinación (Lys)Ubicuitinación (Lys)• Splicing de proteínas…Splicing de proteínas…

Sistema Ubiquitina-ProteasomaSistema Ubiquitina-Proteasoma

UbiquitinaUbiquitina Ubiquitina-Ubiquitina-EE11

ATPATP AMP + PPAMP + PP

EE11

EE22

EE11

Ubiquitina-Ubiquitina-EE22

ProteínaProteínaEE33

EE22

ProteínaProteína-Ubiquitina-UbiquitinaProteínaProteína UUUU

UUUU

UU

PéptidosPéptidos

ProteasomaProteasoma

ProteasomaProteasoma

Autofagia


EXPRESION GENICAEXPRESION GENICA en Células en Células EucarióticasEucarióticas

DNADNA

RNARNA(TRANSCRITO(TRANSCRITOPRIMARIO)PRIMARIO)

mRNAmRNA

PROTEINAPROTEINA

Diapo 0823Diapo 0823

SplicingSplicing

TraducciónTraducciónTranscripciónTranscripción



Replicación del ADNReplicación del ADN



La ADNpol requiere de un cebadorLa ADNpol requiere de un cebador

Algunas proteínas del Asa de ReplicaciónAlgunas proteínas del Asa de Replicación

Crecimiento del Asa de ReplicaciónCrecimiento del Asa de Replicación

Crecimiento de la Cadena retrasadaCrecimiento de la Cadena retrasada

Asa de Replicación del ADNAsa de Replicación del ADN

5’5’5’5’3’3’3’3’

Cadena líderCadena líderCadenaCadenaretrasadaretrasada

Fragmento de Fragmento de Okasaki =Okasaki =

3’3’

5’5’

5’5’

3’3’

Replicación de Replicación de ADN circularADN circular

Es el ADN quien se desliza a Es el ADN quien se desliza a través del Complejo de través del Complejo de

Replicación y no éste a lo largo Replicación y no éste a lo largo del ADNdel ADN

El Complejo de Replicación El Complejo de Replicación Contiene, entre otras:Contiene, entre otras:2 DNApol III, Helicasa, 2 DNApol III, Helicasa,

RNAprimasa, DNApol I y DNA RNAprimasa, DNApol I y DNA ligasaligasa



Replicación de mDNAReplicación de mDNA

Bernt, MBernt, M et al et al 2012 2012 Genetic aspects of mitochondrial genome evolutionGenetic aspects of mitochondrial genome evolution Mol Phylogenet and EvolMol Phylogenet and EvolM en C Rafael M en C Rafael


Replicación del ADN Replicación del ADN lineallineal

El Complejo de Replicación El Complejo de Replicación Contiene, entre otras:Contiene, entre otras:2 DNApol III, Helicasa, 2 DNApol III, Helicasa, RNAprimasa, DNApol I y DNA RNAprimasa, DNApol I y DNA ligasaligasa

Telomerasa en la replicaciónTelomerasa en la replicación

Telomerasa extiende el extremo de 5’ a 3’Telomerasa extiende el extremo de 5’ a 3’

Los extremos de los cromosomas eucarióticos Los extremos de los cromosomas eucarióticos se reparan con...se reparan con...

Ver: http://www.public.asu.edu/~jchen61/ChenLab/Research.html

Una Retrotranscriptasa dependiente de su propio primer de Una Retrotranscriptasa dependiente de su propio primer de RNA, la Telomerasa una RNP asociada a diferentes proteínas en RNA, la Telomerasa una RNP asociada a diferentes proteínas en

distintos linajes distintos linajes

Editing del RNAEditing del RNA

2 ejemplos de Edición del RNA



Editing de RNA de A a I



Slotkin, W & K Nishikura, 2013 Slotkin, W & K Nishikura, 2013 Adenosine-to-inosine RNA editing and humanAdenosine-to-inosine RNA editing and human--Genome Medicine Genome Medicine 5,105-5,105-

Desaminación de la Adenosina ---> Inosina

Editing del mRNA del Receptor a la serotonina



Slotkin, W & K Nishikura, 2013 Slotkin, W & K Nishikura, 2013 Adenosine-to-inosine RNA editing and humanAdenosine-to-inosine RNA editing and human--Genome Medicine Genome Medicine 5,105-5,105-

Editing en primates



Daniel, ChDaniel, Ch et al et al 2014 2014 Alu elements shape the primate transcriptome by cis-regulation of RNA editinAlu elements shape the primate transcriptome by cis-regulation of RNA editin Genome Genome BiolBiol 15-2-r28 15-2-r28

Desaminación de la Adenosina ---> Inosina

Interferencia del mRNAInterferencia del mRNA

Interferencia de ARNInterferencia de ARN

Interferencia de ARNInterferencia de ARN

LamininaLaminina LamininaLaminina

+ siRNA vs laminina+ siRNA vs lamininaAndrew Fire y Andrew Fire y Craig Melo Craig Melo Premio Nobel Premio Nobel de Fisiología o de Fisiología o Medicina 2006Medicina 2006

Fire, A. Fire, A. etet alal (1998) (1998) NatureNature, 391:806-11, 391:806-11

RNA Interference (RNAi)RNA Interference (RNAi)


El pre-miRNA sale del núcleo unido a una proteínaEl pre-miRNA sale del núcleo unido a una proteína



Los siRNAs y miRNAs son centrales a la interferencia de la Los siRNAs y miRNAs son centrales a la interferencia de la traducción de mRNAs mediante el corte guiado del mensajero traducción de mRNAs mediante el corte guiado del mensajero



Un dsRNA es cortado por Dicer formando un duplex de Un dsRNA es cortado por Dicer formando un duplex de 21 pb21 pb



El corte es guiado por un miRNA (un duplex de 21 a 25 b) El corte es guiado por un miRNA (un duplex de 21 a 25 b) generado por Dicer a partir de un precursor generado por Dicer a partir de un precursor



El corte del mRNA es guiado por un miRNA del El corte del mRNA es guiado por un miRNA del complejo RISCcomplejo RISC



El mRNA es troceado por RISC El mRNA es troceado por RISC



El mRNA troceado termina degradándoseEl mRNA troceado termina degradándose

Silenciamiento de EGMSilenciamiento de EGM

Reparación de ADNReparación de ADN

Sitios de Acción de MutágenosSitios de Acción de Mutágenos


Sitios de acción de MutágenosSitios de acción de Mutágenos

Desaminación de NucleótidosDesaminación de Nucleótidos

Reparación del ADNReparación del ADN



TransposiciónTransposición

(Elementos Genéticos Móviles)(Elementos Genéticos Móviles)

Tipos de TransposiciónTipos de Transposición


Módulos de Transposición


Rearreglos de ADN debida a TransposonesRearreglos de ADN debida a Transposones



Reduzcamos nuestra Huella de CarbonoReduzcamos nuestra Huella de Carbono


Quemar gas contamina la atmófera de COQuemar gas contamina la atmófera de CO22

Proteína Prión

ProteínaProteínaPriónPrión

normalnormal

ProteínaProteínaPriónPrión

patológicapatológica

Govea villaseñor-rafael-estructura y función de genes

Education

Transcript of Govea villaseñor-rafael-estructura y función de genes