Seminario 5 Regulación de la expresión génica II - Sebastian Giusti
Sintesi
TLDRLa clase aborda la regulación de la expresión génica en niveles postranscripcional, traduccional y posttraduccional, destacando el procesamiento del ARN mensajero, la estabilidad de los ARN y la regulación de las proteínas. Se discuten las modificaciones del ARN como el capping y la poliadenilación, el splicing, y el papel de los microARNs en la reducción de la estabilidad del ARN mensajero. Además, se explora cómo el sistema ubiquitina-proteasoma degrada proteínas no deseadas. Se enfatiza cómo estos mecanismos regulan no solo la cantidad, sino también la calidad y actividad del producto génico final.
Punti di forza
- 📚 Regla en tres niveles: postranscripcional, traduccional y posttraduccional.
- 🧬 El capping protege el ARN mensajero de la degradación.
- 💡 La poliadenilación añade estabilidad al ARN mensajero.
- 🔄 El splicing alternativo genera isoformas proteicas distintas.
- 🔍 MicroARNs regulan la estabilidad y traducción de ARN mensajeros.
- ⚙️ La ubiquitina marca proteínas para su degradación en el proteasoma.
- 🛡️ Factores de inicio de traducción ensamblan ribosomas en ARN mensajero.
- ⚠️ El nonsense mediated decay degrada ARN con codones stop prematuros.
- 🌀 Regulación de calidad mantiene la funcionalidad del producto génico.
- 🧩 La estabilidad del ARN mensajero varía entre diferentes tipos.
Linea temporale
- 00:00:00 - 00:05:00
En esta clase se analiza la regulación de la expresión génica en niveles postranscripcional, traduccional y posttraduccional, contrastando con la clase anterior que se centró en la regulación pretranscripcional. Se revisan los mecanismos que controlan la condensación de la cromatina y la transcripción, destacando el papel de los factores de transcripción y los modificadores epigenéticos.
- 00:05:00 - 00:10:00
Se introduce el concepto de procesamiento del ARN mensajero, que incluye la modificación de los extremos 5' y 3', el corte y empalme de exones, y se enfatiza que estos procesos son co-transcripcionales, es decir, ocurren simultáneamente con la transcripción del ARN.
- 00:10:00 - 00:15:00
Se explica la modificación del extremo 5' del ARN mensajero, conocido como capping, que protege el ARN de la degradación y facilita su exportación y traducción. Se menciona la importancia del cap binding complex en este proceso.
- 00:15:00 - 00:20:00
Se detalla la modificación del extremo 3' del ARN mensajero, que incluye el corte y la adición de una cola de poliadenina, lo que también protege el ARN y facilita su exportación y traducción.
- 00:20:00 - 00:25:00
Se aborda el proceso de splicing, que implica la eliminación de intrones y la unión de exones, destacando la importancia de las secuencias consenso del splicing y el papel del espliciosoma en este proceso.
- 00:25:00 - 00:30:00
Se discute la naturaleza discontinua de los genes eucariotas, donde los exones son interrumpidos por intrones, y se explica cómo el splicing permite la generación de un ARN mensajero maduro a partir de un transcripto primario.
- 00:30:00 - 00:35:00
Se introduce el concepto de splicing alternativo, que permite la producción de diferentes isoformas de proteínas a partir de un mismo gen, dependiendo del tejido y del contexto de desarrollo.
- 00:35:00 - 00:40:00
Se analizan los mecanismos que regulan el splicing alternativo, incluyendo la existencia de secuencias fuertes y débiles de splicing, así como la influencia de proteínas reguladoras que pueden bloquear o facilitar el reconocimiento de los sitios de splicing.
- 00:40:00 - 00:45:00
Se concluye que el ARN mensajero maduro contiene regiones no traducidas (UTR) que son cruciales para la estabilidad y regulación de la traducción, y se menciona la interacción de proteínas con el ARN mensajero para su correcta exportación y traducción.
- 00:45:00 - 00:50:00
Se examinan los mecanismos de control de calidad en la traducción, incluyendo la degradación de ARNs mensajeros con codones de parada prematuros, y se introduce el concepto de nonsense mediated decay como un mecanismo de regulación postranscripcional.
- 00:50:00 - 00:57:18
Finalmente, se discuten los mecanismos que regulan la estabilidad y actividad de las proteínas, incluyendo la ubiquitinación y su papel en la degradación de proteínas no funcionales, así como la importancia de las modificaciones postraduccionales en la regulación de la actividad proteica.
Mappa mentale
Video Domande e Risposte
¿Qué se estudia en la clase?
Se estudia la regulación postranscripcional, traduccional y posttraduccional de la expresión génica.
¿Qué es el capping de ARN?
Es una modificación del extremo 5' del ARN que protege contra la degradación y facilita la exportación del ARN.
¿Qué función tiene la poliadenilación en el ARN mensajero?
Agrega una cola de adeninas que protege el extremo 3' y ayuda en la exportación y traducción del ARN.
¿Qué es el splicing alternativo?
Es un proceso que permite a un mismo gen generar diferentes isoformas de proteínas al remover ciertos intrones en distintas condiciones.
¿Cómo afectan los microARNs la estabilidad del ARN mensajero?
Se unen a regiones específicas del ARN mensajero, reduciendo su estabilidad y bloqueando su traducción.
¿Qué es el sistema ubiquitina-proteasoma?
Es un mecanismo que marca proteínas para su degradación mediante la adición de ubiquitina.
¿Qué son los factores de inicio de la traducción?
Son proteínas que facilitan el ensamblaje del ribosoma en el ARN mensajero para comenzar la traducción.
¿Cómo se regula la calidad del ARN mensajero?
A través de mecanismos como el nonsense mediated decay que degrada ARN mensajeros con codones de parada prematuros.
¿Cuál es la diferencia entre regulación pretranscripcional y postranscripcional?
La regulación pretranscripcional controla si un gen se expresa y con qué frecuencia, mientras que la postranscripcional regula la estabilidad y actividad del producto genético ya formado.
¿Cómo se mide la estabilidad del ARN mensajero?
La estabilidad se mide en términos de vida media, que puede variar entre diferentes tipos de ARN mensajeros.
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- 00:00:02En la clase de hoy vamos a analizar la
- 00:00:04segunda parte de la unidad conceptual
- 00:00:07que trata sobre la regulación de la
- 00:00:09expresión génica. Y en esta clase nos
- 00:00:11focalizaremos en los niveles
- 00:00:13postranscripcional, traduccional y
- 00:00:17posttraduccional. Para comprender mejor
- 00:00:20cuál es el foco de la clase y qué es lo
- 00:00:22que suma esta clase número cinco a la
- 00:00:27clase
- 00:00:28anterior, hagamos una breve
- 00:00:30recapitulación de lo que hemos visto
- 00:00:32respecto de la regulación de la
- 00:00:34expresión génica. En la clase anterior
- 00:00:37nos focalizamos en aquellos pasos
- 00:00:41iniciales de la expresión
- 00:00:44génica. En particular vimos como el
- 00:00:48grado de condensación de la cromatina
- 00:00:50regula la accesibilidad de la maquinaria
- 00:00:53transcripcional y a esta a los
- 00:00:56mecanismos que controlan el grado de
- 00:00:58condensación de la cromatina. Los
- 00:00:59denominamos en su conjunto regulaciones
- 00:01:02pretranscripcionales y también vimos los
- 00:01:05mecanismos que regulan el inicio y la
- 00:01:08frecuencia de la transcripción
- 00:01:13misma. Estos
- 00:01:15mecanismos eh los explicamos en términos
- 00:01:20moleculares mediante un conjunto de
- 00:01:22elementos entre los cuales se destacan
- 00:01:25el rol de los factores específicos de la
- 00:01:27transcripción.
- 00:01:29Estas proteínas que tienen la capacidad
- 00:01:31de unirse al ADN en conjunto con otras
- 00:01:35proteínas que se unen a ellos
- 00:01:37denominados
- 00:01:39correguladores, pueden reclutar a sitios
- 00:01:41específicos del genoma a modificadores
- 00:01:44epigenéticos, por ejemplo, complejos
- 00:01:47modificadores de histonas que las pueden
- 00:01:50acetilar, desacetilar, metilar o
- 00:01:53desmetilar y complejos remodeladores de
- 00:01:55la cromatina que pueden movilizar
- 00:01:57algunos núcleos
- 00:01:59exponiendo segmentos específicos del
- 00:02:01ADN.
- 00:02:03Dependiendo de si el sitio a donde se
- 00:02:05unieron estos factores específicos de la
- 00:02:07transcripción, sean potenciadores o
- 00:02:10enhancers por un lado o silenciadores
- 00:02:13por otro, tendrán un efecto positivo o
- 00:02:16negativo sobre la formación del complejo
- 00:02:19del inicio de la transcripción y
- 00:02:21aumentarán o disminuirán respectivamente
- 00:02:24la
- 00:02:25frecuencia de inicio de la
- 00:02:28transcripción. Recordemos que la RN
- 00:02:30polimerasa
- 00:02:322 no solo necesita reconocer
- 00:02:35molecularmente el promotor
- 00:02:38teniendo la zona de la cromatina laxa en
- 00:02:41el sitio del promotor de un gen
- 00:02:43determinado, sino que necesita de
- 00:02:46señales moleculares adicionales para
- 00:02:49pasar de ese estado inactivo, aunque
- 00:02:52posicionado en el promotor, a un estado
- 00:02:55activo. En síntesis, estos procesos que
- 00:02:58analizamos la clase anterior nos
- 00:03:01permitían pensar en un aspecto
- 00:03:04particular de la regulación de la
- 00:03:06expresión
- 00:03:07génica, aquel en donde lo que se está
- 00:03:10regulando es el nivel, es decir, la
- 00:03:14cantidad de un producto
- 00:03:16génico. El resultado de esos procesos
- 00:03:19era si un gen se iba a expresar o no y
- 00:03:21cuál era
- 00:03:22la frecuencia con la que ese gen iba a
- 00:03:26transcribirse, impactando en la cantidad
- 00:03:28del producto
- 00:03:30génico. A diferencia de eso, vamos a
- 00:03:33complejizar algunas cuestiones en el
- 00:03:36seminario de hoy. En primer lugar, vamos
- 00:03:40a analizar algunos puntos diferentes de
- 00:03:43la regulación de la expresión génica
- 00:03:45posteriores a la producción.
- 00:03:48Eh, al inicio de la
- 00:03:50transcripción, por ejemplo, vamos a
- 00:03:53analizar los mecanismos de procesamiento
- 00:03:56de la RN y su exportación al citosol.
- 00:03:59Vamos a estudiar con cierto detalle los
- 00:04:01mecanismos que regulan la
- 00:04:03estabilidad del RN y finalmente vamos a
- 00:04:07estudiar mecanismos que regulan la
- 00:04:09estabilidad y la actividad de las
- 00:04:12proteínas. Esta clase va a estar
- 00:04:15focalizada
- 00:04:17en aquellos genes que codifican para
- 00:04:20proteínas. Es decir, que los ARN cuyo
- 00:04:23procesamiento y regulación vamos a
- 00:04:25analizar son fundamentalmente ARNs
- 00:04:29mensajeros.
- 00:04:34Me gustaría subrayar, ya que vamos a
- 00:04:37analizar con bastante detalle algunos
- 00:04:41mecanismos centrados en las moléculas de
- 00:04:43ARN, algunas propiedades biológicas de
- 00:04:47estas moléculas que las distinguen de
- 00:04:49otras biomoléculas de las células como
- 00:04:50las proteínas y el ADN.
- 00:04:54En primer lugar, a diferencia de la
- 00:04:57molécula de de las moléculas de ADN, que
- 00:04:59son muy estables, las moléculas de ARN
- 00:05:02son lábiles. Esto significa que se
- 00:05:05degradan con
- 00:05:06facilidad, tanto dentro de la célula
- 00:05:09como por fuera cuando se hace un
- 00:05:11procedimiento experimental de extracción
- 00:05:13de ARN de las células.
- 00:05:16Por fuera de las células, las moléculas
- 00:05:18de ARN son muy sensibles, se degradan
- 00:05:21con facilidad ante cambios en el pH y la
- 00:05:23temperatura, por ejemplo. Y dentro del
- 00:05:26interior de las
- 00:05:28células son sustrato de un conjunto
- 00:05:32amplio de enzimas dentro de las células
- 00:05:35que se
- 00:05:36denominan eh nucleasas de ARN. Estas
- 00:05:40nucleas pueden ser exonucleas, es decir,
- 00:05:44pueden degradar a las moléculas de RN a
- 00:05:47partir de sus extremos. Hm.
- 00:05:50despolimerizando los ribonucleótidos que
- 00:05:53las
- 00:05:54constituyen. Y estas son las enzimas más
- 00:05:57abundantes, pero también hay algunas
- 00:05:59endonucleas, es decir, enzimas que
- 00:06:01pueden romper los enlaces entre los
- 00:06:06nucleótidos, los enlaces fosfodiéster
- 00:06:08entre los
- 00:06:09nucleótidos, aún por fuera de los
- 00:06:11extremos de las moléculas.
- 00:06:15Otra propiedad de las moléculas de ARN
- 00:06:18es que si bien en los libros de texto
- 00:06:21tendemos a
- 00:06:23eh tienden a ser representadas de manera
- 00:06:26lineal
- 00:06:30huciones acuosas y dentro de las
- 00:06:32células, las moléculas de RN adoptan
- 00:06:35conformaciones tridimensionales
- 00:06:37complejas. Y esta aquí vemos en esta
- 00:06:40diapositiva un ejemplo de un ARN lineal.
- 00:06:44pero que ha adoptado esta configuración
- 00:06:46tridimensional compleja, formando, por
- 00:06:49ejemplo, enlaces
- 00:06:52complementarios hm en intracatenarios,
- 00:06:56en aquellos sectores en donde se forman
- 00:06:58esos enlaces intracatenarios. Hm. Por
- 00:07:01ejemplo, las adeninas eh de una molécula
- 00:07:05de ARN lineal pueden formar enlaces
- 00:07:08complementarios con uracilos presentes
- 00:07:11en otra parte de la molécula y así
- 00:07:14sucesivamente. Y aquellos tractos en
- 00:07:17donde se forman estas enlaces
- 00:07:19complementarios tienden a adoptar una
- 00:07:21forma
- 00:07:22hiloidal. Esta propiedad de adoptar una
- 00:07:25forma tridimensional compleja nos
- 00:07:28permite comprender cómo dentro de la
- 00:07:30célula se produce un reconocimiento
- 00:07:32específico entre las moléculas de ARN y
- 00:07:36las de otras proteínas. Hm. Recordemos,
- 00:07:39por ejemplo, que el reconocimiento
- 00:07:40molecular proteína a proteína se basa en
- 00:07:43la complementariedad de formas
- 00:07:46tridimensionales. Hm. Un ejemplo es la
- 00:07:49complementaridad que existe entre muchas
- 00:07:51enzimas y su sustrato. Algo análogo,
- 00:07:54esta complementaridad tridimensional
- 00:07:56también se da entre proteínas que tienen
- 00:07:58la capacidad de unirse a determinados
- 00:08:01ARNs y la forma tridimensional
- 00:08:03particular de estos.
- 00:08:06Pero no solo las moléculas de ARN tienen
- 00:08:09la capacidad de unirse a proteínas
- 00:08:12específicas gracias a esta forma
- 00:08:14tridimensional que poseen, sino que
- 00:08:18también pueden unirse a otros ARNs o a
- 00:08:23moléculas de ADN mediante
- 00:08:25complementariedad de bases. Es decir,
- 00:08:28dos principios físicoquímicos distintos
- 00:08:31permiten a las moléculas de RN reconocer
- 00:08:35molecularmente, por un lado, las
- 00:08:37proteínas y, por otro lado, a otros
- 00:08:40ácidos
- 00:08:41nucleicos. Analicemos en primer lugar el
- 00:08:44procesamiento del ARN mensajero
- 00:08:47eucariota.
- 00:08:48Se denomina procesamiento o maduración
- 00:08:51de la RN al conjunto de modificaciones
- 00:08:53que sufre el transcripto primario, el
- 00:08:56producto de la transcripción de la RN
- 00:08:58polimerasa 2, hasta convertirse en el
- 00:09:00transcripto maduro, que es el ARN
- 00:09:03mensajero, listo para ser exportado al
- 00:09:05citosol.
- 00:09:07Este procesamiento consta de tres pasos
- 00:09:11moleculares. La modificación del extremo
- 00:09:145 prima de la RN. El extremo CCO prima
- 00:09:18es está ubicado en el primer nucleótido
- 00:09:22que introduce la RN polimerasa en el
- 00:09:26transcripto en producción.
- 00:09:31Luego el corte y empalme de exones, un
- 00:09:34proceso conocido por su nombre en inglés
- 00:09:36splicing y el y la modificación
- 00:09:39covalente del extremo 3 prima, que es el
- 00:09:43extremo final del ARN.
- 00:09:48A pesar de mencionarlos de manera
- 00:09:51secuencial, estos tres pasos moleculares
- 00:09:54del procesamiento de la RN eucariota no
- 00:09:57son posteriores a la producción del
- 00:10:00transcripto primario, sino que los
- 00:10:04hallazgos durante la década de los 80 y
- 00:10:08de los 90 en el ámbito de la
- 00:10:10investigación permitieron determinar que
- 00:10:13todos estos pasos moleculares de
- 00:10:14procesamiento sonranscripcional.
- 00:10:17ionales ocurren al mismo tiempo que la
- 00:10:19RN polimerasa 2 está transcribiendo
- 00:10:22activamente el transcripto primario. En
- 00:10:26este esquema podemos observar el
- 00:10:29resultado de manera esquemática, el
- 00:10:32resultado de muchos años de
- 00:10:34investigación en donde pudo
- 00:10:35determinarse, por ejemplo, que las
- 00:10:37enzimas y proteínas que catalizan cada
- 00:10:40uno de estos pasos del procesamiento se
- 00:10:44encuentran asociadas efectivamente a
- 00:10:48sectores de la RN polimerasa, por
- 00:10:50ejemplo, las enzimas. Aquí podemos ver a
- 00:10:53las enzimas que van a realizar el
- 00:10:54proceso de capping y a las enzimas que
- 00:10:58van a ser eh el procesamiento de
- 00:11:03splicing y a las que van a modificar al
- 00:11:05extremo tres prima asociadas al dominio
- 00:11:08carboxiterminal fosforilado, que era
- 00:11:10característico de una RN polimerasa en
- 00:11:14activa transcripción.
- 00:11:17Comencemos entonces con el primero de
- 00:11:19estos procesos, la modificación del
- 00:11:21extremo 5 prima que se denomina capping
- 00:11:24en inglés o agregado de la caperusa en
- 00:11:27español. Es una modificación covalente
- 00:11:30de uno de los extremos de la
- 00:11:32RN. Observamos en el sector izquierdo de
- 00:11:35la diapositiva la representación
- 00:11:37molecular en vertical y en celeste de un
- 00:11:40ARN mensajero. Hm.
- 00:11:43El primer nucleótido, el extremo 5
- 00:11:48prima, resultará ser modificado por el
- 00:11:50agregado, por la unión covalente de un
- 00:11:52nucleótido modificado, pero que a
- 00:11:54diferencia del resto de los nucleótidos
- 00:11:56que se unen en un sentido 5 prima, tres
- 00:11:59prima, es decir, con una vinculación
- 00:12:03entre carbonos particulares de los
- 00:12:06azúcares de los ribos nucleótidos.
- 00:12:10En el caso del CAP, la unión es 5 prima
- 00:12:14a CCO prima. Hm. Y otra alteración
- 00:12:18respecto de los nucleótidos usuales es
- 00:12:20que este nucleótido, que es una
- 00:12:21guancina, se encuentra metilada en una
- 00:12:24posición particular de su anillo
- 00:12:26nitrogenado. Hm.
- 00:12:31Los
- 00:12:35transcript de siete metil guanoina
- 00:12:38pueden ser reconocidos molecularmente
- 00:12:40por un conjunto de proteínas denominadas
- 00:12:43complejos de unión a la caperusa. CBC
- 00:12:47por sus siglas en inglés, cap binding
- 00:12:49complex.
- 00:12:51Y el efecto que tiene el agregado de
- 00:12:54esta armazón proteico en el extremo
- 00:12:57cinco prima del mensajero es proteger
- 00:13:00ese extremo de la degradación por las
- 00:13:02abundantes exonucleas dentro de la
- 00:13:05célula y también, como veremos en breve,
- 00:13:09permitirá la correcta exportación del
- 00:13:11ARN a través de los poros nucleares y
- 00:13:15posteriormente también participará del
- 00:13:17reconocimiento de la maquinaria de la
- 00:13:19traducción.
- 00:13:24H analicemos la modificación del otro
- 00:13:27extremo del transcripto primario, del
- 00:13:30extremo final.
- 00:13:33H dentro de la secuencia génica que está
- 00:13:36transcribiendo la RN polimerasa, aquí
- 00:13:39podemos ver en celeste el transcripto
- 00:13:43primario que está siendo producido por
- 00:13:45la RN
- 00:13:47polimerasa utilizando como molde las
- 00:13:50secuencias génicas. Dentro de la
- 00:13:52secuencia génica que va a transcribir la
- 00:13:54RN polimerasa, hay una secuencia que
- 00:13:56quedará plasmada en el
- 00:13:59ARN del transcripto, que es A a Aa U a A
- 00:14:05a
- 00:14:05Aa. Esta secuencia de
- 00:14:10ribonucleótidos es una señal de corte y
- 00:14:14poliadenilación que será reconocido por
- 00:14:16enzimas que estaban viajando en el
- 00:14:18dominio CTD fosforilado de la RNA
- 00:14:21polimerasa y van a catalizar un
- 00:14:25corte un clivaje del transcripto
- 00:14:29primario que está siendo producido por
- 00:14:31la RN polimerasa.
- 00:14:34La RN polimerasa seguirá transcribiendo
- 00:14:37algunos eh cientos de nucleótidos más,
- 00:14:40pero ese ARN adicional que genere la
- 00:14:42polimerasa es frecuentemente
- 00:14:45degradado. Ahora bien, luego que se
- 00:14:48produce el corte o clivaje justo por
- 00:14:50debajo de esta secuencia de clivaje y
- 00:14:54poladenilación, otra enzima
- 00:14:57denominada eh
- 00:14:59poliapolimerasa va a adicionar cientos
- 00:15:03de nucleótidos de adenina en este
- 00:15:05extremo final del transcripto. Notemos
- 00:15:09entonces que esta cola de polia, este
- 00:15:11tracto de adeninas, no estaba codificada
- 00:15:14en el genoma, sino que es agregado por
- 00:15:16una enzima que polimeriza en ausencia de
- 00:15:19molde.
- 00:15:22Está tracto de cientos de moléculas de
- 00:15:25adenina es reconocido por un conjunto de
- 00:15:27proteínas denominadas proteínas de unión
- 00:15:30a la poli o polie binding proteins que
- 00:15:34nuevamente protegen ahora el extremo
- 00:15:37tres prima de la acción de
- 00:15:40exonucleas y van a permitir la correcta
- 00:15:43exportación y el reconocimiento de la
- 00:15:45maquinaria transduccional, es decir,
- 00:15:48tanto la modificación del extremo 5
- 00:15:50prima como del extremo 3 prima convergen
- 00:15:53en las funciones que cumplen, aunque los
- 00:15:55mecanismos moleculares que las producen
- 00:15:58sean distintos.
- 00:16:01Analicemos ahora la última de
- 00:16:04las modificaciones eh de procesamiento
- 00:16:08que sufre el transcripto
- 00:16:11primario, el corte y empalme de exones o
- 00:16:16como se lo conoce en inglés splicing del
- 00:16:19RN
- 00:16:20mensajero. Para comprender este último
- 00:16:22tipo de procesamiento, debemos advertir
- 00:16:27que los genes eucariotas son
- 00:16:31discontinuos. Este hallazgo producido en
- 00:16:33la década de los 70 sorprendió a la
- 00:16:36comunidad científica que venía
- 00:16:38trabajando hasta ahora para comprender
- 00:16:40los mecanismos de expresión génica con
- 00:16:43sistemas procariotas en donde los genes
- 00:16:45son continuos. ¿Qué significa
- 00:16:48exactamente que los genes eucariotas
- 00:16:50sean discontinuos?
- 00:16:53Significa que las
- 00:16:55secuencias que están presentes en el
- 00:17:00transcripto maduro, en aquel que va a
- 00:17:02ser exportado el citosol, no se
- 00:17:04encuentran de manera continua y lineal
- 00:17:07en el genoma a partir del cual se
- 00:17:09produce el transcripto primario, sino
- 00:17:12que esas secuencias se encuentran
- 00:17:14fragmentadas y dispersas, interrumpidas,
- 00:17:17si se quiere, por otras
- 00:17:19secuencias de ADN. que no van a estar
- 00:17:23presentes en el transcripto final que va
- 00:17:26a ser exportado al
- 00:17:27citosol. Por convención, aquellas
- 00:17:30secuencias del ADN que finalmente
- 00:17:33estarán representadas en el transcripto
- 00:17:35maduro se las denomina exones. Y a las
- 00:17:39secuencias entre los exones que serán
- 00:17:42removidas durante el procesamiento y por
- 00:17:45ende estarán presentes en el transcripto
- 00:17:48maduro final, se las denomina intrones.
- 00:17:54Algo notable es que los exones suelen
- 00:17:58ser en general mucho más pequeños que
- 00:18:01los intrones. Hm. De modo tal que los
- 00:18:03exones representan una proporción
- 00:18:05minoritaria en la secuencia total de
- 00:18:11ADN. ¿Cómo es este proceso de remoción
- 00:18:15de intrones?
- 00:18:18Es un proceso molecular que también fue
- 00:18:21comenzado que se comenzó a comprender
- 00:18:23durante la década de los 70, pero
- 00:18:25avanzaron las investigaciones a la
- 00:18:27década posterior para lograr descifrarlo
- 00:18:29de una manera más
- 00:18:31completa y debemos tener en cuenta para
- 00:18:34comprender lo que es un proceso
- 00:18:36altamente preciso en términos
- 00:18:38moleculares. Notemos que
- 00:18:41implica el clivaje, el corte de eh los
- 00:18:46enlaces covalentes en dos puntos de la
- 00:18:50secuencia del transcripto primario y la
- 00:18:53unión posteriormente de dos exones que
- 00:18:57estaban separados antes por un intrón.
- 00:19:01Notemos que si este proceso se
- 00:19:03produjera, por ejemplo, por un error
- 00:19:05molecular de un único nuucleótido, esto
- 00:19:08tendría
- 00:19:10consecuencias negativas para la célula,
- 00:19:12porque esto probablemente produciría una
- 00:19:15alteración en cómo se leen los codones
- 00:19:18en el proceso de la traducción, luego en
- 00:19:20el transcripto primario. Por eso, una
- 00:19:24pregunta que se hacía la comunidad
- 00:19:25científica durante los años 70 y 80 es,
- 00:19:29¿cuál es el proceso molecular que
- 00:19:31permite remover los intrones y unir los
- 00:19:34exones con tanta exactitud?
- 00:19:37Y parte de la respuesta es que se han
- 00:19:39encontrado que secuencias en el
- 00:19:43transcripto primario,
- 00:19:46hm, denominadas secuencias con senso del
- 00:19:48splicing, van a guiar a la maquinaria
- 00:19:51molecular que va a ejecutar estos pasos
- 00:19:53de corte y empalme. Estas secuencias con
- 00:19:57senso del splicing se ubican
- 00:19:59fundamentalmente en tres sectores.
- 00:20:06en aquella región que está en la
- 00:20:08interfaz entre el exón y el
- 00:20:11intrón, un sitio que está hacia el
- 00:20:14extremo 5 prima del
- 00:20:17transcripto. Lo llamaremos sitio dador
- 00:20:20del splicing o sitio 5 prima. Otra
- 00:20:23secuencia que está también en la
- 00:20:26interfaz entre el intron y el exón
- 00:20:29posterior, que denominaremos sitio
- 00:20:32aceptor del splicing o sitio 3 prima y
- 00:20:36nucleótidos que están en el interior del
- 00:20:38exón que se denominan sitio de
- 00:20:41ramificación. Hm.
- 00:20:44Estas secuencias, como yo les decía, van
- 00:20:47a reclutar a la maquinaria molecular que
- 00:20:50va a ejecutar los pasos de ruptura y
- 00:20:54formación de nuevos enlaces covalentes
- 00:20:57característicos del
- 00:21:00splicing. Justamente lo que se descubrió
- 00:21:03en los años 80 fue que esta maquinaria
- 00:21:06puede hacer este trabajo con enorme
- 00:21:08precisión por su composición molecular.
- 00:21:13Estamos hablando de un conjunto de
- 00:21:16proteínas asociadas a RN pequeños que en
- 00:21:20conjunto se denomina el
- 00:21:24spliciosoma. A las moléculas que se
- 00:21:26componen por ARNs y proteínas que forman
- 00:21:29un complejo funcional entre ARns y
- 00:21:32proteínas, se las conoce como
- 00:21:35ribonucleoproteínas y es un conjunto de
- 00:21:37ribonucleoproteínas las que conforman el
- 00:21:40spliciosoma.
- 00:21:42Hay un total de cinco
- 00:21:44ribonucleoproteínas. Cada una de ellas
- 00:21:47va a estar unida a un pequeño RN
- 00:21:50denominado ARN pequeño nuclear.
- 00:21:55Sns, por sus siglas en inglés, small
- 00:21:58nuclear arns. H.
- 00:22:03Aquí observamos, por ejemplo, una de
- 00:22:06estas
- 00:22:08ribonucleoproteínas h que por estar
- 00:22:12asociadas a RN pequeños se las denomina
- 00:22:15en inglés SN RNPs, small nuclear
- 00:22:19ribonucleo proteins. Y en la jerga de la
- 00:22:22investigación científica, como es una
- 00:22:24palabra difícil de leer porque no tiene
- 00:22:26vocalas, se la llama
- 00:22:30snorps. Entonces, podemos decir que el
- 00:22:32espliciosoma está compuesto de cinco
- 00:22:35snurps, cada uno de ellos compuesto por
- 00:22:38sub unidades proteicas y uno de estos
- 00:22:40cinco ARN pequeños
- 00:22:45nucleares. El
- 00:22:47reconocimiento entonces de la secuencia
- 00:22:49consenso que está entre los exones y los
- 00:22:52intrones y del sitio de ramificación es
- 00:22:55producido por complementariedad de bases
- 00:22:57entre los ARNs pequeños que forman parte
- 00:23:01de las subunidades del
- 00:23:03espliciosoma. Y también veremos que la
- 00:23:05interacción entre las subunidades del
- 00:23:08esplayosoma entre sí también van a estar
- 00:23:10mediadas por reconocimiento, por
- 00:23:12complementariedad de bases de los ARN
- 00:23:15pequeños. entre
- 00:23:18sí. Analicemos un poco más en detalle
- 00:23:21cuáles son los mecanismos moleculares
- 00:23:23que ejecutan estas ribonucleos
- 00:23:26proteínas, es decir, el
- 00:23:28spliciosoma. Cada evento de splicing,
- 00:23:31como hemos conceptualizado, remueve un
- 00:23:34intrón e involucra dos reacciones
- 00:23:37secuenciales de corte eh y formación de
- 00:23:41nuevos enlaces covalentes conocidas como
- 00:23:44transesterificaciones. Hm.
- 00:23:46En un primer momento, distintas
- 00:23:49subunidades del pladiciosoma, distintas
- 00:23:53ribonucleoproteínas reconocen los
- 00:23:55distintos sitios con censo, uno el sitio
- 00:23:58dador del splicing, otro el sitio de
- 00:24:01ramificación y la primera ruptura y
- 00:24:04formación de enlaces covalentes se da
- 00:24:06aquí, en
- 00:24:08donde un nucleótido particular en el
- 00:24:11sitio de ramificación forma un enlace
- 00:24:13covalente con el nucleótido que estaba
- 00:24:17en la transición entre un exón y un
- 00:24:19intrón en el sitio dador de splicing.
- 00:24:22Esto involucrará una ruptura previa de
- 00:24:25este enlace y la formación de un enlace
- 00:24:27covalente. Un segundo. Esto generará
- 00:24:30esta esta primera reacción genera un
- 00:24:32pequeño
- 00:24:34lazo en el punto de ramificación. Luego,
- 00:24:38la segunda transestificación se dará
- 00:24:41entre el extremo hidroxilo libre que
- 00:24:43quedó en el
- 00:24:44exón eh anterior y el límite exxón
- 00:24:50intrón posterior. Esta es la segunda
- 00:24:53transestificación que produce el
- 00:24:55splazoma. Estas reacciones están
- 00:24:58catalizadas
- 00:24:59enzimáticamente y algo notable es que
- 00:25:02esa actividad enzimática no es no está
- 00:25:05producida por las proteínas del
- 00:25:08esplicosoma, sino que está catalizada
- 00:25:10por los ARN pequeños
- 00:25:13mismos. Y esta fue una de las primeros
- 00:25:15descubrimientos de que los moléculas de
- 00:25:18ARN también pueden funcionar como
- 00:25:20catalizadores biológicos o ribocimas.
- 00:25:24Finalmente, entonces, como consecuencia
- 00:25:26de la remoción de este intron, eh el
- 00:25:29intrón queda en forma de lazo y luego se
- 00:25:31degradará en el interior del núcleo y en
- 00:25:34el sitio en donde se produjo el empalme
- 00:25:37de los dos hexones que antes estaban
- 00:25:39separados por un intrón y ahora quedaron
- 00:25:43continuos, queda un residuo proteico,
- 00:25:45¿si? una modificación proteica alrededor
- 00:25:48de ese sitio en donde se produjo el
- 00:25:49splicing, aquí representado en el
- 00:25:51esquema con un pequeño cuadrado rojo que
- 00:25:53se denomina complejo de unión a exones.
- 00:25:57Hm. Recordemos a este componente
- 00:25:59molecular porque cumplirá una función
- 00:26:02que analizaremos
- 00:26:06posteriormente. Si bien el splicing se
- 00:26:09produce cada vez que se transcribe
- 00:26:12cualquier
- 00:26:13ARN eucariota y en particular cualquier
- 00:26:16ARN
- 00:26:18humano, se ha podido identificar que
- 00:26:20este proceso no ocurre exactamente del
- 00:26:23mismo modo para el mismo transcripto en
- 00:26:26distintos tejidos en los que este gen se
- 00:26:29exprese o en distintos momentos del
- 00:26:32desarrollo. Por ejemplo, se ha visto que
- 00:26:36ciertas secuencias que, por ejemplo,
- 00:26:39pensemos en esta representación en donde
- 00:26:43tenemos un gen eucariota discontinuo
- 00:26:46compuesto por cinco hexones. Y
- 00:26:49focalicémonos en el exon número tres. Lo
- 00:26:52que se ha observado es que este gen
- 00:26:55cuando se expresa en ciertos
- 00:26:57tejidos, esta secuencia que denominamos
- 00:27:00exón se comporta como tal y está
- 00:27:02presente en ARN mensajero maduro y
- 00:27:06contribuye, por ejemplo, con sus
- 00:27:09secuencias a la codificación de los
- 00:27:12aminoácidos que finalmente van a ser
- 00:27:14traducidos a partir de la misma. En
- 00:27:17tanto que cuando estos cuando este gen
- 00:27:20se expresa en otros tejidos, este
- 00:27:23secuencia ya no se comporta como un
- 00:27:25exón, sino que se comporta como un
- 00:27:27intrón y es removido. Hm. Y está ausente
- 00:27:31del transcripto primario. H el efecto
- 00:27:34final es que distintos tejidos generan
- 00:27:38isoformas de una misma proteína,
- 00:27:41variantes funcionales de una misma
- 00:27:44proteína.
- 00:27:46Veámoslo con un poco más de
- 00:27:52detalle. En el caso del gen de la
- 00:27:54tropimioina, como para poner un ejemplo,
- 00:27:56que seguramente es una proteína que
- 00:27:58seguramente quienes estén haciendo
- 00:28:00histología ya la han analizado porque
- 00:28:04cumple un rol en la contracción
- 00:28:06muscular.
- 00:28:09Sin embargo, este gen de la
- 00:28:10tropomicioina no se expresa únicamente
- 00:28:13en el músculo estriado, hm, sino que se
- 00:28:17expresa en otros tejidos. Y si uno
- 00:28:20compara cuáles son las secuencias que se
- 00:28:24comportan como exones en el músculo
- 00:28:27estriado, cuando uno compara con la
- 00:28:30secuencia del transcripto primario,
- 00:28:32notará que hay diferencias respecto de
- 00:28:34cuáles son las secuencias que se
- 00:28:35comportaron como exones en
- 00:28:37comparación con los transcriptos que se
- 00:28:40generan cuando este gen se expresa en el
- 00:28:44cerebro. Hm.
- 00:28:46Es decir, por un
- 00:28:50lado, el concepto de splicing
- 00:28:53alternativo nos ayuda a pensar en un
- 00:28:57mecanismo mediante el cual se aumenta la
- 00:28:59capacidad codificante del genoma, porque
- 00:29:02a partir de un mismo segmento de ADN
- 00:29:05pueden
- 00:29:06generarse distintos transcriptos
- 00:29:08primarios, seguramente en tejidos
- 00:29:10distintos o en distintos momentos del
- 00:29:12desarrollo que generarán isoforas de una
- 00:29:15misma
- 00:29:16proteína, pero también nos permite
- 00:29:20relativizar de alguna manera la
- 00:29:22definición de exón o intrón, h, ya que
- 00:29:26algunas secuencias se comportan como
- 00:29:29exones en algunos tejidos y en algunos
- 00:29:31contextos particulares del desarrollo,
- 00:29:33pero no se comportan como exones en
- 00:29:38otros. ¿Cómo se regula este splicing
- 00:29:42alternativo?
- 00:29:47Este splicing alternativo, primero antes
- 00:29:49de ver los mecanismos de
- 00:29:52regulación, me gustaría mencionar en qué
- 00:29:54consiste. No toda alteración del
- 00:29:56mecanismo de splicing ha sido observada
- 00:29:59empíricamente. La más lo más frecuente
- 00:30:02es que una secuencia que se comporta
- 00:30:04como un exón en ciertos tejidos se
- 00:30:07comporte como un intrón en otros. Y a
- 00:30:09este mecanismo se lo denomina salteo de
- 00:30:11exones. Hm.
- 00:30:13También se puede producir la retención
- 00:30:15de un intron, es decir, una secuencia
- 00:30:17que usualmente se comporta con como un
- 00:30:19intron, no sea removida en algunos
- 00:30:22tejidos. Hm. Y hay otros mecanismos
- 00:30:25adicionales que también han sido
- 00:30:27descrptos. La pregunta sería ahora,
- 00:30:30¿cuáles son los mecanismos moleculares
- 00:30:32que
- 00:30:33permiten que en distintos tejidos o en
- 00:30:36distintos momentos del
- 00:30:38desarrollo, a partir de la expresión del
- 00:30:40mismo gen, se generen estas formas
- 00:30:42alternativas de splicing?
- 00:30:46Para comprender estos mecanismos
- 00:30:49moleculares, volvamos a un concepto que
- 00:30:51hemos visto hace algunos
- 00:30:53minutos, la idea de las secuencias
- 00:30:56consenso del
- 00:30:58splicing. Que las secuencias sean
- 00:31:01consenso. Este nombre particular que le
- 00:31:04damos significa que no todas las
- 00:31:07secuencias que encontramos los límites
- 00:31:09entre los exones e intrones y las
- 00:31:12secuencias de los puntos de ramificación
- 00:31:14son exactamente idénticas en todos los
- 00:31:19exones e intrones en los distintos genes
- 00:31:21humanos, sino que hay un alto grado de
- 00:31:24similitud.
- 00:31:27Entonces, esto
- 00:31:29hace o ha podido observarse que algunas
- 00:31:33secuencias
- 00:31:34particulares tengan mayor capacidad para
- 00:31:37reclutar a la maquinaria del splicing,
- 00:31:40para reclutar a ese sitio al
- 00:31:43spliciosoma.
- 00:31:44A esas secuencias que tienen alta
- 00:31:46afinidad por el splicosoma, las
- 00:31:48denominados las denominamos secuencias
- 00:31:51fuertes de
- 00:31:53splicing. En tanto que variantes de
- 00:31:55estas secuencias consenso que tienen una
- 00:31:58menor capacidad para reclutar al
- 00:32:00pliciosoma y que necesitan de proteínas
- 00:32:03adicionales para producir efectivamente
- 00:32:05este reclutamiento, las denominamos
- 00:32:07secuencias débiles del
- 00:32:11splicing. Con esta
- 00:32:14consideración, veamos otro aspecto de
- 00:32:17este mecanismo de regulación, la
- 00:32:19existencia de proteínas reguladoras del
- 00:32:23splicing.
- 00:32:25Imaginemos e dos tejidos
- 00:32:27inicialmente en donde se expresa un
- 00:32:29mismo gen. Podríamos pensar en el
- 00:32:31ejemplo del gen de la
- 00:32:33tropomiosina en el músculo estriado
- 00:32:36esquelético, una célula del músculo
- 00:32:38estriado esquelético y una célula del
- 00:32:41tejido
- 00:32:42nervioso. Imaginemos que para un intrón
- 00:32:46particular, aquí representado en
- 00:32:48amarillo, posee secuencias fuertes de
- 00:32:51splicing, es decir, que por sí misma
- 00:32:55puede reclutar de manera efectiva al
- 00:32:57spliciosoma.
- 00:32:59Si en el primer tejido no hay ninguna
- 00:33:02proteína adicional que bloquee el
- 00:33:05reconocimiento de estos sitios fuertes
- 00:33:07de splicin, el splicosoma removerá el
- 00:33:10intron y este intrón se comportará como
- 00:33:12tal y no estará representado en el
- 00:33:15transcripto maduro. Pero si en un
- 00:33:17segundo tejido en donde este mismo gen
- 00:33:20se está expresando está presente una
- 00:33:23proteína que se une a uno de los sitios
- 00:33:25consensos del splicing,
- 00:33:27ocultándolo de su reconocimiento por el
- 00:33:30spliciosoma, este intrón no podrá ser
- 00:33:33removido y pasará a comportarse como un
- 00:33:36exón, es decir, estará presente en el
- 00:33:39transcripto primario final.
- 00:33:43Algo similar pero complementario,
- 00:33:45podemos pensar en otro ejemplo en donde
- 00:33:47tenemos un intron con secuencias débiles
- 00:33:50de splicing. Habíamos dicho que si hay
- 00:33:53secuencias con senso
- 00:33:55débiles, ellas mismas no pueden reclutar
- 00:33:58por sí mismas a la maquinaria de
- 00:33:59splicing y en ausencia en un tejido
- 00:34:02particular de proteínas adicionales que
- 00:34:04ayuden a este reclutamiento, este
- 00:34:06intrón no será removido y se comportará
- 00:34:09como un exón. estará presente en el
- 00:34:11transcripto maduro. En tanto que en un
- 00:34:14segundo tejido que contenga estas
- 00:34:15proteínas activadoras que permitan
- 00:34:18reclutar al espliciosoma, efectivamente
- 00:34:21se producirá el splicing. Hm. En otras
- 00:34:25palabras, la existencia del splicing
- 00:34:28alternativo se debe a que distintas
- 00:34:30células de distintos tejidos o en
- 00:34:33distintos momentos del desarrollo, el
- 00:34:35repertorio de proteínas reguladoras del
- 00:34:38splicing que hay en cada uno de estos
- 00:34:40tipos celulares difiere entre sí.
- 00:34:47Entonces, como consecuencia de estos
- 00:34:50tres pasos de procesamiento, la
- 00:34:53modificación del extremo 3 prima, del
- 00:34:55extremo 5 prima y el corte y empalme de
- 00:34:59exones, las secuencias que quedan
- 00:35:02presentes en el ARN mensajero maduro son
- 00:35:05las siguientes. En el extremo cinco
- 00:35:08prima estará el CAP o la
- 00:35:10caperusa, pero el primer
- 00:35:13nucleótido luego de la Caperusa, no es
- 00:35:17el nucleótido en donde la traducción va
- 00:35:21a comenzar, sino que hay una secuencia
- 00:35:23de nucleótidos previas al inicio de la
- 00:35:26traducción y a ese segmento que está
- 00:35:29presente en el ARN maduro y por
- 00:35:31endexónico se lo denomina región cinco
- 00:35:35prima no traducida.
- 00:35:37por sus siglas en inglés, región 5 prima
- 00:35:40UTR, untranslated
- 00:35:44region. Luego del codón que inicia la
- 00:35:48traducción, que es el codón AUG, que
- 00:35:51codifica para meteonina, está la
- 00:35:54secuencia codificante, la secuencia de
- 00:35:56codones que serán efectivamente
- 00:35:58traducidos hasta llegar a un codón stop.
- 00:36:03Pero luego del codon stop, el ARN
- 00:36:05mensajero maduro continúa y hay una
- 00:36:08secuencia no traducida, pero en el otro
- 00:36:11extremo que se que se la denomina región
- 00:36:153 prima
- 00:36:16UTR y que es previa al agregado de la
- 00:36:19cola de polía que fue producto de uno de
- 00:36:22los pasos de procesamiento. Son entonces
- 00:36:25estas secuencias las que están presentes
- 00:36:27en el ARN maduro. Y déjenme adelantarles
- 00:36:30que las regiones 5 prima UTR y 3 prima
- 00:36:34UTR cumplirán un rol fundamental en
- 00:36:38regular la estabilidad del transcripto
- 00:36:43primario. Sin
- 00:36:44embargo, esta representación idealizada
- 00:36:48del transcripto lineal no es lo que
- 00:36:50ocurre en el interior de las células,
- 00:36:53porque como hemos podido ver, los ARN se
- 00:36:56encuentran relacionados con una
- 00:36:58multiplicidad de proteínas que han ido
- 00:37:01adquiriendo a lo largo de su maduración.
- 00:37:05No solo tenemos a las proteínas de unión
- 00:37:07al CAP, el CAP Binding Complex por un
- 00:37:11lado y las proteínas de unión a la poli
- 00:37:14por el otro, sino que también tenemos
- 00:37:17otro repertorio de proteínas nucleares,
- 00:37:19entre ellas los complejos de unión
- 00:37:21exones en todos los puntos en donde se
- 00:37:24produjo un sitio de splicing. Todas
- 00:37:26estas conjunto de proteínas son
- 00:37:30necesarias para que se produzca la
- 00:37:32correcta exportación.
- 00:37:35del ARN mensajero maduro desde el núcleo
- 00:37:39en donde se produjo hacia el citosol a
- 00:37:42través de los poros nucleares en donde
- 00:37:44va a producirse el proceso de la
- 00:37:45traducción.
- 00:37:48También estas proteínas son necesarias
- 00:37:51para que se produzca la interacción con
- 00:37:55proteínas denominadas factores de
- 00:37:59iniciación de la traducción eucariotas H
- 00:38:02y que van a permitir el comienzo de la
- 00:38:05traducción del
- 00:38:07transco. En
- 00:38:09particular, aquí observamos a dos
- 00:38:12proteínas, dos factores del inicio de la
- 00:38:15traducción.
- 00:38:17que interactúan por un lado con el
- 00:38:20complejo de unión al CAP y por otro lado
- 00:38:23con las proteínas de unión a la cola de
- 00:38:26poli de modo tal que la
- 00:38:29configuración que permite la traducción
- 00:38:32del ARN mensajero es esta configuración
- 00:38:35circular.
- 00:38:39Esto, este aspecto particular, esta
- 00:38:41configuración particular de proteínas de
- 00:38:44unión a la RN que van a permitir su
- 00:38:46correcta exportación y
- 00:38:48traducción funciona en términos
- 00:38:50moleculares como un control de calidad
- 00:38:54de la expresión génica, ya que evita
- 00:38:57que, por ejemplo, si un ARN mensajero se
- 00:39:01rompe por un accidente molecular, se
- 00:39:03trunca, evita que esa región truncada
- 00:39:06sea exportada y traducida. Hm. Y este es
- 00:39:10otro sentido entonces en el que podemos
- 00:39:13pensar la regulación de la expresión
- 00:39:16génica, regulando el funcionando como un
- 00:39:20control de calidad de estos productos
- 00:39:22génicos.
- 00:39:25Una vez en el citosol, el ARN mensajero
- 00:39:28en esta configuración
- 00:39:30circular que está determinada por la
- 00:39:33interacción entre las proteínas que se
- 00:39:35unen a sus extremos y los factores del
- 00:39:37inicio de la traducción,
- 00:39:39permiten el ensamblaje de las
- 00:39:41subunidades de los ribosomas sobre el
- 00:39:44mensajero y la correcta traducción del
- 00:39:47mismo. En esta imagen, lo que puede
- 00:39:50observarse es algo frecuente en los ARN
- 00:39:53mensajeros maduros que han sido
- 00:39:55exportados correctamente, que comienzan
- 00:39:57a ser traducidos de manera simultánea
- 00:40:00por muchos
- 00:40:02ribosomas. Por supuesto, todos se
- 00:40:06ensamblan alrededor del codón de inicio
- 00:40:09de la traducción y luego avanzan. Hm. En
- 00:40:11donde uno puede ver de manera
- 00:40:13esquemática cómo va generándose la
- 00:40:15proteína. Hm. Cada vez más larga.
- 00:40:19A medida que los ribosomas avanzan el
- 00:40:21proceso de traducción.
- 00:40:27Un aspecto a considerar que forma parte
- 00:40:30de los mecanismos de control de calidad
- 00:40:32es el hecho de que cuando por una
- 00:40:37mutación, por ejemplo, aparece un codón
- 00:40:40stop prematuro en una proteína, esos
- 00:40:44ARNs son efectivamente degradados, no
- 00:40:47son traducidos generando una proteína
- 00:40:50más corta. Y para comprender el
- 00:40:52mecanismo por el cual se detectan los
- 00:40:56codones stop
- 00:40:58prematuros, vamos a analizar a un
- 00:41:01proceso
- 00:41:02denominado degradación de RN mensajero
- 00:41:05por secuencias de terminación prematura.
- 00:41:08Esto comúnmente se conoce, eh se lo
- 00:41:11nombra en inglés como nonsense mediated
- 00:41:13decay.
- 00:41:16Para comprender cómo funciona este
- 00:41:18mecanismo, debemos
- 00:41:21recordar, comparemos a un a la
- 00:41:24traducción pionera, es decir,
- 00:41:27al primer proceso de traducción cuando
- 00:41:30pase el primer ribosoma que va a
- 00:41:31traducir este
- 00:41:33RN en presencia o en ausencia de este
- 00:41:36codón stop adicional. Para que
- 00:41:38comprendamos esta representación,
- 00:41:40tenemos en la izquierda un transcripto
- 00:41:43normal en donde no se está representando
- 00:41:45su configuración circular para hacerlo
- 00:41:48más simple a la representación y en
- 00:41:51donde aquí en el último de los exones
- 00:41:55antes de la cola de polía se representa
- 00:41:57con este pequeña esfera el codón stop.
- 00:42:04Aquí
- 00:42:08tenemos en en el en un transcripto que
- 00:42:11ha adquirido por una mutación un codón
- 00:42:14stop prematuro, el codón stop natural y
- 00:42:17el codón stop extra producto de esa
- 00:42:21mutación.
- 00:42:22Como les decía, aquí está representado
- 00:42:25el ribosoma con sus subunidades 60s y
- 00:42:2840s. Lo que ocurre en condiciones
- 00:42:30fisiológicas es que cuando se produce la
- 00:42:34primera rueda de traducción, el ribosoma
- 00:42:37al pasar por el complejo de un exones,
- 00:42:40¿recuerdan que era ese complejo que
- 00:42:42quedaba unido en los empalmes entre dos
- 00:42:45sexones
- 00:42:48adyacentes,
- 00:42:50esto mantiene la estabilidad del
- 00:42:53transcript? Hm.
- 00:42:56En cambio, por ejemplo, cuando hay un
- 00:42:58codón stop temprano, el ribosoma va a
- 00:43:01despegarse al encontrarse un primer
- 00:43:04codón stop y no
- 00:43:06modificará a los complejos de unión
- 00:43:09exones que están en un punto posterior.
- 00:43:12Estos complejos de unión exones no
- 00:43:14modificados por esta primera rueda de
- 00:43:18traducción que tiene el transcripto,
- 00:43:22reclutarán exonucleas que van a inducir
- 00:43:25la degradación temprana del transcripto.
- 00:43:28Dicho de otro modo, usualmente se
- 00:43:31observa que codones stop tempranos,
- 00:43:34frecuentemente en exones previos al
- 00:43:37último, inducen este mecanismo de
- 00:43:39degradación temprana y esto conduce a
- 00:43:42que la célula no produzca proteínas
- 00:43:45truncas ni utilice recursos de
- 00:43:47traducción en proteínas no
- 00:43:51funcionales. Analicemos a continuación
- 00:43:53los mecanismos moleculares que regulan
- 00:43:56la estabilidad de los ARN mensajeros. en
- 00:43:58condiciones fisiológicas, es decir, en
- 00:44:01condiciones de ausencia de mutación.
- 00:44:07Ha podido determinarse experimentalmente
- 00:44:09que no todos los ARN
- 00:44:12mensajeros dentro de una célula tienen
- 00:44:14la misma duración en el tiempo. Algunos
- 00:44:17se degradan más rápido y otros se
- 00:44:19degradan más lento. Es decir, sus vidas
- 00:44:22medias, el término molecular que se
- 00:44:24utiliza para definir
- 00:44:26esto, puede ser un tiempo muy corto,
- 00:44:29durar solo unos pocos minutos. Y en ese
- 00:44:32caso diremos que esos ARNs mensajeros
- 00:44:34son
- 00:44:35inestables, en tanto que hay otros
- 00:44:38debidas medias muy largas que son muy
- 00:44:39estables. Por ejemplo, los ARNs
- 00:44:43mensajeros eh de proteínas que codifican
- 00:44:46proteínas que controlan el ciclo celular
- 00:44:48suelen ser ARN inestables. Tanto que los
- 00:44:51ARN mensajeros de proteínas abundantes
- 00:44:54que tienen importancia funcional,
- 00:44:56proteínas estructurales, por ejemplo,
- 00:44:59suelen tener vidas medias mucho más
- 00:45:02prolongadas. Esto permitió
- 00:45:05advertir que existen mecanismos dentro
- 00:45:08de las células que regulan de manera
- 00:45:11diferencial la degradación de algunos
- 00:45:15ARN versus otros. en particular pueden
- 00:45:18proteger a un subconjunto de ARN
- 00:45:20mensajeros de la acción de
- 00:45:22exodiendonucleas o exponer a otros a las
- 00:45:25mismas y regular así de manera
- 00:45:28diferencial estas vidas medias.
- 00:45:32Parte de los mecanismos moleculares que
- 00:45:35regulan esta estabilidad suelen ser
- 00:45:37generales. Por ejemplo, la existencia,
- 00:45:40como ya hemos visto, de complejos de
- 00:45:43unión a la caperusa o de proteínas de
- 00:45:46unión a la cola de polia. Pero también
- 00:45:48hay mecanismos que actúan de manera
- 00:45:50diferencial sobre los distintos
- 00:45:52transcriptos. Por ejemplo, pueden unirse
- 00:45:55a ellos, dependiendo de la forma
- 00:45:57tridimensional que adopten estos
- 00:45:59transcriptos, diferentes proteínas de
- 00:46:02unión
- 00:46:04ARN, RBPs, por sus siglas en inglés, RNA
- 00:46:08binding proteins. Y estas proteínas de
- 00:46:11unión a la RN pueden conferirle
- 00:46:14estabilidad o inestabilidad, ya sea si
- 00:46:17protejan o recluten al sitio del AN
- 00:46:21mensajero a las exoyendonucleasas.
- 00:46:25Vamos a analizar con cierto detalle a
- 00:46:27continuación un mecanismo particular de
- 00:46:31regulación de la estabilidad de los ARN
- 00:46:34que está mediado por una familia de
- 00:46:37pequeños ARNs no codificantes que
- 00:46:41funcionan como reguladores
- 00:46:43posttranscripcionales de la expresión
- 00:46:45génica. se denominan
- 00:46:48micros. Estas moléculas están
- 00:46:51codificadas por el genoma y generan
- 00:46:54cuando adoptan su forma madura,
- 00:46:57pequeños eh oligonucleótidos de RN de
- 00:47:01aproximadamente 21 nucleótidos de
- 00:47:03longitud.
- 00:47:06Estos nucleótidos en el citosol se unen
- 00:47:09a un
- 00:47:10complejo proteico denominado risk por
- 00:47:14sus siglas en inglés, que se traduce
- 00:47:17como complejo efector, complejo
- 00:47:19silenciador eh de RNA.
- 00:47:24Y lo que hace el micro RN es
- 00:47:28guiar es por el complementariedad de
- 00:47:31bases a este complejo efector
- 00:47:35un usualmente a un segmento localizado
- 00:47:38en el extremo tres prima no traducido
- 00:47:41del ARN
- 00:47:42mensajero. Entonces, dependiendo de la
- 00:47:45complementariedad o no que existe entre
- 00:47:47el micro RN y el ARN mensajero en
- 00:47:51cuestión, esto guiará o no al complejo
- 00:47:55efector de
- 00:47:56silenciamiento. Una vez que este
- 00:47:58complejo proteico compuesto por diversas
- 00:48:00proteínas, una de ellas son las
- 00:48:02proteínas de la familia argonautas, aquí
- 00:48:04representadas con la sigla
- 00:48:07ago, se desencadenan una serie de
- 00:48:09procesos que van a reprimir la
- 00:48:12traducción de este mensajero y también
- 00:48:15van a inducir la degradación de la RN
- 00:48:18mensajero. Es decir, los microarrenes al
- 00:48:20unirse al transcripto maduro en el
- 00:48:23citosol disminuyen la vida media del
- 00:48:26transcripto y evitan que se siga
- 00:48:29traduciendo. El genoma humano posee
- 00:48:31alrededor de 2,300 genes para diferentes
- 00:48:34micro RDNs y un mismo una misma
- 00:48:38secuencia de micro RNES tiene distintos
- 00:48:40blancos moleculares, ya que regulará a
- 00:48:44todos aquellos transcriptos maduros que
- 00:48:46tengan secuencias complementarias.
- 00:48:49a la secuencia del micro
- 00:48:53RN. Estos micro RNs entonces participan
- 00:48:56de la regulación fina de los niveles de
- 00:48:58expresión. Hm. A diferencia de los
- 00:49:02controles
- 00:49:04pretranscripcionales y controles del
- 00:49:06inicio de la transcripción que vimos en
- 00:49:08la clase pasada, que funcionaban como
- 00:49:10una especie de interruptor, todo o nada
- 00:49:13de la expresión de un gen, los
- 00:49:15microenes funcionarán como
- 00:49:18ecualizadores, regulando a nivel fino
- 00:49:21los niveles de expresión.
- 00:49:24Este mecanismo muy novedoso cuando se lo
- 00:49:26descubrió en la década de los 90, que
- 00:49:29permitió identificar una familia de RN
- 00:49:31que interfería con la expresión de
- 00:49:34otros, se lo denominó en forma general
- 00:49:37fenómeno de interferencia de ARN. Y su
- 00:49:41descubrimiento permitió, por ejemplo,
- 00:49:44diseñar ARNs pequeños artificiales que
- 00:49:47pueden utilizarse como fármacos, ya que
- 00:49:50pueden introducirse dentro de las
- 00:49:51células.
- 00:49:53para regular negativamente algunos
- 00:49:55transcriptos que están teniendo efectos
- 00:49:57negativos en ciertos
- 00:50:00contextos. Veamos por último la
- 00:50:03regulación de la estabilidad y la
- 00:50:05actividad de las proteínas.
- 00:50:08Una vez que las proteínas se producen,
- 00:50:11es decir, culmina la traducción en el
- 00:50:14citosol, algunos productos proteicos no
- 00:50:17son necesariamente activos, sino que
- 00:50:20solo se activan bajo condiciones
- 00:50:22particulares. Por ejemplo, muchas
- 00:50:25modificaciones covalentes como la
- 00:50:27fosforilación cambian el estado de
- 00:50:29actividad de las proteínas o la unión de
- 00:50:32un ligando particular puede transformar
- 00:50:34a una proteína de un estado inactivo a
- 00:50:36un activo. Por ejemplo, la unión de
- 00:50:40hormonas esteroideas que ingresan al
- 00:50:42interior
- 00:50:43celular, encuentran a receptores
- 00:50:46intracelulares proteicos que solo a
- 00:50:49posterior desunión con su ligando pueden
- 00:50:51migrar al núcleo y cumplir la función de
- 00:50:54ser factores específicos de la
- 00:50:56transcripción. O muchos ejemplos de
- 00:50:58proteínas que participan en la
- 00:51:00regulación del ciclo celular que solo
- 00:51:03cuando son fosforiladas se vuelven
- 00:51:06activas. Por
- 00:51:07ejemplo, las elicas que al ser fosfor
- 00:51:11que están localizadas en los orígenes de
- 00:51:13replicación de la células, pero que solo
- 00:51:17se vuelven activas cuando son
- 00:51:18fosforilados por los complejos CDCI
- 00:51:20clinas característicos de la fase F.
- 00:51:25Algo importante de identificar de esta
- 00:51:28regulación postraduccional es que suelen
- 00:51:31tener efectos en el muy corto plazo, es
- 00:51:35decir, las modificaciones funcionales se
- 00:51:38ejecutan en las células en el lapso de
- 00:51:40entre segundos y minutos. Y esto
- 00:51:42contrasta con modificaciones más lentas
- 00:51:45que se dan en el transcurso de horas,
- 00:51:47como son las que se requieren eh las que
- 00:51:51usualmente involucran los mecanismos de
- 00:51:54regulación del acceso a la cromatina,
- 00:51:57tal como vimos en la clase pasada. En
- 00:52:00otras palabras, la temporalidad de los
- 00:52:02distintos mecanismos que regulan la
- 00:52:05expresión génica son
- 00:52:08diferentes. Por último, la vida media de
- 00:52:12las
- 00:52:13proteínas también está regulada
- 00:52:16activamente por las células, por un
- 00:52:18sistema que se denomina ubiquitina
- 00:52:21proteasoma.
- 00:52:23La ubiquitina es una pequeña proteína
- 00:52:25aquí representada con una pequeña esfera
- 00:52:28verde que puede ser unida, conjugada a
- 00:52:32distintos sustratos
- 00:52:34proteicos. Mediante la unión de varias
- 00:52:37proteínas de ubiquitina, hablamos de una
- 00:52:39reacción de de
- 00:52:41poliubiquitinación. Esta reacción de
- 00:52:44conjugación de ubiquitina a distintos
- 00:52:46sustratos está llevada a cabo por un
- 00:52:49conjunto de enzimas denominadas
- 00:52:51ubiquitín ligas. Hm. Hay tres clases
- 00:52:55diferentes de ubiquitín ligas porque la
- 00:52:58reacción requiere tres pasos. Una
- 00:53:00primera enzima activadora de tipo E1 a
- 00:53:04la que activa mediante la
- 00:53:07desfosforilación de un ATP a la
- 00:53:09ubiquitina.
- 00:53:11Esta luego
- 00:53:14transmitirá, sí, pasará mediante la
- 00:53:17conjugación de la ubiquitina a una
- 00:53:19segunda enzima, una enzima E2 y esta
- 00:53:21finalmente se la pasará a una enzima E3.
- 00:53:25Y las E3 ubiquitín ligazas son las que
- 00:53:29van a reconocer específicamente a
- 00:53:32distintos sustratos a los cuales
- 00:53:33conjugar esta
- 00:53:36poliubiquitina. Hay distintas clases de
- 00:53:39tres ligas. en distintos tipos celulares
- 00:53:41que reconocerán distintos sustratos y
- 00:53:43esto es lo que le confiere la
- 00:53:45especificidad a la reacción de
- 00:53:47poliubiquitinación.
- 00:53:49Además, pensemos que las etesligazas
- 00:53:52pueden estar en estados inactivos o
- 00:53:54activos, por ejemplo, mediante
- 00:53:56fosforilaciones. O sea, que solo bajo
- 00:53:58ciertas condiciones particulares de la
- 00:54:00célula, esta reacción de
- 00:54:02polioviquitinación de ciertos sustratos
- 00:54:05va a llevarse adelante. ¿Cuál es el
- 00:54:07efecto final sobre una proteína al
- 00:54:11agregársele esta cadena de
- 00:54:13poliubiquitinas? El resultado es su
- 00:54:16degradación por parte de un complejo
- 00:54:18proteico que tiene actividad de proteasa
- 00:54:21y que es muy abundante en las células,
- 00:54:24pero que solo reconoce como sustratos a
- 00:54:27proteínas que están extensamente
- 00:54:29polipubiquitinadas.
- 00:54:33Un ejemplo frecuente que hemos visto ya
- 00:54:36en eh ustedes en otras clases es la
- 00:54:39degradación de las cisclinas que regulan
- 00:54:41la actividad de las quinazas
- 00:54:43dependientes de ciclinas en la
- 00:54:46regulación de la progresión del ciclo
- 00:54:49celular. La cantidad de moléculas de
- 00:54:52ciclina varía a lo largo del ciclo
- 00:54:54justamente porque ante determinadas
- 00:54:56señales intracelulares se activan las C3
- 00:54:58ligazas que unen poliubiquitinas. a las
- 00:55:02moléculas de ciclina y conducen a su
- 00:55:04degradación por el
- 00:55:08proteasoma. A modo de conclusión de esta
- 00:55:11clase, me gustaría reflexionar con
- 00:55:14ustedes las distintas manifestaciones de
- 00:55:17la regulación de la expresión génica que
- 00:55:19hemos visto en la clase anterior y en
- 00:55:22esta.
- 00:55:23Un primer aspecto para comprender a que
- 00:55:26denominamos regulación de la expresión
- 00:55:28génica es el conjunto de mecanismos que
- 00:55:31regulan el nivel, es decir, la cantidad
- 00:55:33de un determinado producto
- 00:55:36génico. La regulación
- 00:55:37prestranscripcional y del inicio de la
- 00:55:39transcripción que analizamos la clase
- 00:55:41pasada o el efecto de los micro RNs
- 00:55:46terminan regulando si hay o no producto
- 00:55:49génico y la cantidad de los mismos. son
- 00:55:52ejemplos de esta aspecto de la
- 00:55:55regulación de la expresión gémica, pero
- 00:55:58otros mecanismos
- 00:56:00regulan el nivel de actividad del
- 00:56:02producto génico como los mecanismos
- 00:56:04posttraduccionales de proteínas, ¿no? La
- 00:56:06fosforilación de una proteína puede
- 00:56:08transformarla de activa a inactiva. Y
- 00:56:12aquí tenemos una modificación que regula
- 00:56:14la actividad de un producto
- 00:56:16génico. También analizamos mecanismos
- 00:56:20que regulan ya no la cantidad, sino la
- 00:56:23calidad del producto
- 00:56:25génico. Cuando analizamos el splicing
- 00:56:28alternativo, observamos que estos
- 00:56:30procesos regulatorios permitían generar
- 00:56:34isoformas proteicas distintas a partir
- 00:56:36de un procesamiento diferencial de un
- 00:56:38mismo transcripto primario. Y por último
- 00:56:42también vimos mecanismos moleculares que
- 00:56:45cumplen la función de controlar la
- 00:56:48calidad de un producto génico cuando
- 00:56:52analizamos los efectos que tienen las
- 00:56:55modificaciones en los extremos 5 prima y
- 00:56:573 prima de la RN o los mecanismos de
- 00:57:01nonsense mediated decay que degradaban a
- 00:57:04un transcripto cuando tenían un codrano
- 00:57:06son ejemplos de este último tipo de
- 00:57:09regulación del expresión génica.
- expresión génica
- ARN mensajero
- splicing alternativo
- ubiquitina
- microARNs
- capping
- poliadenilación
- regulación postranscripcional
- estabilidad del ARN
- proteínas