Post on 20-Jul-2015
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
Govea Govea VillaseñorVillaseñor
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
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
Operon LacOperon Lac
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
Los genes procarióticos son policistrónicosLos genes procarióticos son policistrónicos
mRNA ProcarióticomRNA Procariótico
AUGAUG AUGAUG AUGAUG AUGAUG
ProteínasProteínas
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
Regulación de operonesRegulación de operones
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
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
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
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
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
Avance de la transcripciónAvance de la transcripción
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
RNAm RNAm Bacteriano (fin)Bacteriano (fin)
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
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
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
Elongación de la traducciónElongación de la traducción
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
Terminación de la traducciónTerminación de la traducción
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
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
El Spliceosoma procede paso a pasoEl Spliceosoma procede paso a paso
U1U1 U1U1UUGG
UACUAACUACUAAC AGAG
U4U4U5U5
U6U6
UUGG
UACUAACUACUAAC AGAG
U4U4U5U5
U6U6
U4U4U5U5
U6U6
U4U4
U5U5
U6U6U2U2
U5U5
U6U6
El Spliceosoma procede paso a pasoEl Spliceosoma procede paso a paso
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
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
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
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
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
Inicio de la Transcripción
Secuencia de Secuencia de controlcontrol
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
Inicio de la Transcripción
Secuencia de Secuencia de controlcontrol
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
M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
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
Ver: http://www.nature.com/nrg/multimedia/rnai/animation/index.html
TraducciónTraducción
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
Partícula de reconocimiento de señal Partícula de reconocimiento de señal (SRP)(SRP)
Translocación de proteínas
M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
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
M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
EXPRESION GENICAEXPRESION GENICA en Células en Células EucarióticasEucarióticas
DNADNA
RNARNA(TRANSCRITO(TRANSCRITOPRIMARIO)PRIMARIO)
mRNAmRNA
PROTEINAPROTEINA
Diapo 0823Diapo 0823
SplicingSplicing
TraducciónTraducciónTranscripciónTranscripción
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
Replicación del ADNReplicación del ADN
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
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
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
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
Govea Govea VillaseñorVillaseñor
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
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VillaseñorVillaseñor
Editing de RNA de A a I
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
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
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VillaseñorVillaseñor
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
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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)
Ver: http://www.nature.com/nrg/multimedia/rnai/animation/index.html
El pre-miRNA sale del núcleo unido a una proteínaEl pre-miRNA sale del núcleo unido a una proteína
RNA Interference (RNAi)RNA Interference (RNAi)
Ver: http://www.nature.com/nrg/multimedia/rnai/animation/index.html
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
RNA Interference (RNAi)RNA Interference (RNAi)
Ver: http://www.nature.com/nrg/multimedia/rnai/animation/index.html
Un dsRNA es cortado por Dicer formando un duplex de Un dsRNA es cortado por Dicer formando un duplex de 21 pb21 pb
RNA Interference (RNAi)RNA Interference (RNAi)
Ver: http://www.nature.com/nrg/multimedia/rnai/animation/index.html
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
RNA Interference (RNAi)RNA Interference (RNAi)
Ver: http://www.nature.com/nrg/multimedia/rnai/animation/index.html
El corte del mRNA es guiado por un miRNA del El corte del mRNA es guiado por un miRNA del complejo RISCcomplejo RISC
RNA Interference (RNAi)RNA Interference (RNAi)
Ver: http://www.nature.com/nrg/multimedia/rnai/animation/index.html
El mRNA es troceado por RISC El mRNA es troceado por RISC
RNA Interference (RNAi)RNA Interference (RNAi)
Ver: http://www.nature.com/nrg/multimedia/rnai/animation/index.html
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
M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Sitios de acción de MutágenosSitios de acción de Mutágenos
Desaminación de NucleótidosDesaminación de Nucleótidos
Reparación del ADNReparación del ADN
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
Reparación del ADNReparación del ADN
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
TransposiciónTransposición
(Elementos Genéticos Móviles)(Elementos Genéticos Móviles)
Tipos de TransposiciónTipos de Transposición
M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Módulos de Transposición
M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Rearreglos de ADN debida a TransposonesRearreglos de ADN debida a Transposones
M en C Rafael M en C Rafael Govea Govea
VillaseñorVillaseñor
Reduzcamos nuestra Huella de CarbonoReduzcamos nuestra Huella de Carbono
M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Quemar gas contamina la atmófera de COQuemar gas contamina la atmófera de CO22
Proteína Prión
ProteínaProteínaPriónPrión
normalnormal
ProteínaProteínaPriónPrión
patológicapatológica