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Terminología de las secuencias de los promotores en relación con las cadenas de ADN

Terminología de las secuencias de los promotores en relación con las cadenas de ADN


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Estoy estudiando biología molecular y estoy tratando de entender un experimento que muestre la importancia de los promotores en el nivel relativo de transcripción (RT). La siguiente imagen proviene del libro de Rolf Knippers "Molekulare Genetik" (octava edición).

La leyenda dice (entre otras cosas):

Die erste Zeile gibt die normale "Wildtyp" -Sequenz der 5'-flankierenden Region wieder.

Que, en inglés, significa algo como:

La primera línea repite la secuencia de tipo salvaje normal de la región flanqueante 5 '.

La columna de la derecha indica el nivel de transcripción relativa (RT), siendo 1,0 el nivel de transcripción más alto posible. Como podemos ver, las líneas donde se han eliminado algunas partes de la "región 5 '" dan niveles de RT bastante bajos, ya que faltan algunas regiones del promotor.

Mis preguntas son las siguientes:

1) De acuerdo con esto y esto, entiendo que la ARN polimerasa lee y usa hebras codificantes y no codificantes para sintetizar ARN. Por lo tanto, ¿cómo se las arreglaron para usar las secuencias de las cadenas de regiones que habían sido eliminadas para hacer que una polimerasa las "leyera" y realizara la transcripción?

2) Si la polimerasa lee la hebra de la plantilla en el sentido 3 '-> 5', ¿no deberíamos hablar de "caja ATAT" o "caja TAAC" en lugar de cajas "TATA" o "CAAT"? ¿Significa que las regiones "promotoras" que están usando en el gráfico anterior están en realidad en la cadena de codificación?

Muchas gracias por tu ayuda.


Parece que esta pregunta es de terminología, así que la respondo como tal.

Convención para representar características en secuencias de ADN

La convención es que al indicar cualquier característica de secuencia † en un gen que codifica una proteína en un ADN de doble hebra, se representa una hebra única ‡, aquella de la que se podría leer la secuencia de aminoácidos utilizando el código genético (conceptualmente, con T sustituida por U). Como cualquier otra secuencia de ácido nucleico§, siempre se escribe en la dirección 5ʹ a 3ʹ de la misma manera que el mRNA transcrito a partir de ella, sin que esto se indique explícitamente.

† Una excepción podría ser la hemimetilación, en cuyo caso se mostrarían ambas cadenas.

‡ Yo llamo a esto el sentido hebra. Discuto la nomenclatura más adelante.

§ Una excepción es que los anticodones de tRNA a veces se escriben en la dirección 3ʹ a 5ʹ para facilitar la comparación con el codón, pero en este caso se indica la direccionalidad.

Origen y justificación de esta convención

  1. Histórico. La secuencia de aminoácidos de la proteína (el producto del gen) es fundamental para esta convención porque el conocimiento del código genético y, por lo tanto, la representación de la región del ARNm que codifica la proteína y, por extensión, el ADN, fue la primera información de secuencia. ser conocido.

  2. Consistencia lógica. Más tarde se identificaron otras características de la secuencia (algunas de las cuales inicialmente pueden haber sido solo características genéticas), p. sitios de unión de ribosomas, señales de adición de poliadenilación, sitios de inicio de la transcripción, promotores, sitios de reconocimiento de factores de transcripción. Era lógicamente coherente representarlos en la misma hebra que la secuencia codificante.

  3. Agnosticismo funcional. En muchos casos, la función de una secuencia siguió a su descripción, por lo que inicialmente no había razón para colocarla en una hebra en particular. Sin embargo, incluso si se pensara que la función de alguna secuencia fuera reconocida en la hebra opuesta (lo que yo llamaría la antisentido hebra), no sería prudente cambiar científicamente la representación para indicar esto. La ciencia avanza y la interpretación cambia. Es mejor separar las características descriptivas concretas de las conclusiones sobre su función.

Nunca podría ser una caja ATAT

Incluso si representó la caja TATA en la hebra antisentido, nunca podría llamarse una 'caja ATAT' (como sugiere el cartel) porque, de acuerdo con la convención básica, ATAT es 5ʹ-ATAT-3ʹ, y en la hebra antisentido la secuencia es 3ʹ-ATAT-5ʹ, es decir, TATA!

Terminología para referirse a las dos cadenas de dsDNA

Mientras que lo anterior es la convención que se sigue universalmente, la siguiente es solo mi opinión. En ciencia, la terminología es importante para comunicar ideas sin ambigüedades, por lo que creo que vale la pena explicar la ambigüedad en algunos de los términos, cuyo uso desaconsejo.

Sentido y antisentido Este es mi término preferido porque, aunque no es perfecto, evita las trampas de los demás. Me parece clara la idea de que cuando lees la cadena de codones que codifican la secuencia de aminoácidos de esta cadena, "tienen sentido". (Antisentido se usa con preferencia a sin sentido, ya que 'sin sentido' era el término usado históricamente para mutaciones que convertían codones de aminoácidos en codones de terminación). También se puede extender a genes que no codifican proteínas (por ejemplo, para tRNA) , donde "sentido" se correlaciona con la secuencia del producto génico.

Usaré "sentido" y "antisentido" como terminología de referencia al discutir otros términos.

Codificación y no codificación Esto tiene la desventaja de que no puede extenderse a genes que no codifican proteínas. Sin embargo, mi principal objeción es que puede causar confusión, ya que la codificación solo se refiere inequívocamente al ARNm. Como la hebra antisentido es la plantilla para la ARN polimerasa, se podría hacer la asociación mental entre esto y la "codificación", mientras que es la hebra sensorial la que se entiende en este uso (ciertamente común).

Plantilla y no plantilla La plantilla podría ser un término más lógico para la hebra antisentido, ya que esta es la plantilla para la transcripción de la ARN polimerasa (aunque el ARNm también es una plantilla, para la traducción). Sin embargo, se usa con poca frecuencia.

Más y menos Esta terminología se utiliza para los virus monocatenarios (especialmente de ARN) para representar el genoma completo, mientras que en los virus de cadena positiva el genoma es también el ARNm, es decir, la cadena con sentido. Un problema aquí es que puede resultar confuso para el principiante, quien por extrapolación puede asumir que en los genomas de ADN de doble hebra, una hebra es la hebra con sentido de todos los genes. No lo es. Lo cual me lleva a mi último punto…

... sea cual sea la terminología que utilice, es mejor asegurarse de que quede claro que se está refiriendo al sentido o al sentido antisentido de un gene, no del todo genoma. Necesita emplear alguna otra terminología para distinguir entre las dos hebras de p. Ej. ADN bacteriano o plasmídico si es necesario distinguirlos.


Contribución de la secuencia de ADN del promotor a la velocidad de formación de heterocromatina y la memoria de la represión génica en fibroblastos de embriones de ratón

El silenciamiento de genes duradero a través de la formación de dominios de heterocromatina compactos juega un papel crítico durante el desarrollo de los mamíferos en el establecimiento de tejidos definidos capaces de retener la identidad celular. Las características distintivas de la represión del gen de la heterocromatina son la unión de la proteína heterocromatina 1 (HP1), la trimetilación de la lisina 9 en la histona H3 (H3K9me3) y la metilación de los residuos de citosina del ADN. HP1 se une directamente a la modificación de la histona H3K9me3, y aunque se han encontrado ADN metiltransferasas en complejo con histona metiltransferasas y HP1, queda mucho por saber sobre la relación entre la secuencia de ADN y HP1 en células diferenciadas de mamíferos. Para explorar más esta interacción en un sistema controlado, diseñamos un sistema para probar el efecto del contenido de CpG del promotor en la cinética de formación y la memoria de un dominio de heterocromatina mediado por HP1 en fibroblastos de embriones de ratón (MEF). Para hacer esto, hemos construido una comparación lado a lado de construcciones informadoras impulsadas por el promotor de tipo salvaje (CpGFull) y empobrecido en CpG (CpGDep) en el contexto del Ensayo de cromatina in vivo (CiA), que utiliza químicamente- Proximidad inducida (CIP) para unir el dominio de sombra cromosómica de HP1α (csHP1α) a un gen indicador fluorescente de una manera reversible y químicamente dependiente. Al comparar la respuesta de las construcciones informadoras CpGFull y CpGDep, descubrimos que la formación de heterocromatina mediante el reclutamiento de csHP1α no se ve afectada por el contenido de dinucleótidos CpG subyacente del promotor, medido por la velocidad del silenciamiento génico o el enriquecimiento de H3K9me3 en el gen silenciado. Sin embargo, la recuperación del silenciamiento a largo plazo es considerablemente más rápida en las líneas de reportero empobrecidas en CpG. Estos datos proporcionan evidencia de que la estabilidad del dominio de heterocromatina de HP1 depende de la secuencia de ADN subyacente. Además, estas líneas celulares representan un nuevo sistema modular con el que estudiar el efecto de las secuencias de ADN subyacentes sobre la eficacia de los modificadores epigenéticos.

Declaracion de conflicto de interes

Los autores han declarado que no existen intereses en competencia.

Cifras

Fig 1. Creación de CpGDep y CpGFull…

Fig 1. Creación de líneas celulares informadoras CpGDep y CpGFull para probar los efectos de CpG ...

Fig 2. El reclutamiento de csHP1α induce el silenciamiento ...

Fig. 2. El reclutamiento de csHP1α induce el silenciamiento de la expresión de GFP.

A) Los histogramas representativos muestran reducción ...

Fig 3. Enriquecimiento de H3K9me3 en dos ...

Fig 3. Enriquecimiento de H3K9me3 en dos líneas celulares durante seis días de CIP.

Fig 4. Silenciamiento de genes y enriquecimiento de…

Fig 4. Silenciamiento de genes y enriquecimiento de H3K9me3 en dos líneas celulares durante 48 horas ...

Fig 5. Recuperación de la expresión génica después de ...

Fig 5. Recuperación de la expresión génica después de la heterocromatización a corto plazo.


Contenido

Para que tenga lugar la transcripción, la enzima que sintetiza el ARN, conocida como ARN polimerasa, debe unirse al ADN cerca de un gen. Los promotores contienen secuencias de ADN específicas, como elementos de respuesta, que proporcionan un sitio de unión inicial seguro para la ARN polimerasa y para proteínas llamadas factores de transcripción que reclutan ARN polimerasa. Estos factores de transcripción tienen secuencias activadoras o represoras específicas de nucleótidos correspondientes que se unen a promotores específicos y regulan la expresión génica.

En bacterias El promotor es reconocido por la ARN polimerasa y un factor sigma asociado, que a su vez a menudo son llevados al ADN promotor por la unión de una proteína activadora a su propio sitio de unión de ADN cercano. En eucariotas El proceso es más complicado y son necesarios al menos siete factores diferentes para la unión de una ARN polimerasa II al promotor.

Los promotores representan elementos críticos que pueden trabajar en concierto con otras regiones reguladoras (potenciadores, silenciadores, elementos de frontera / aislantes) para dirigir el nivel de transcripción de un gen dado. Se induce un promotor en respuesta a cambios en la abundancia o conformación de proteínas reguladoras en una célula, que permiten la activación de factores de transcripción para reclutar ARN polimerasa. [2] [3]

Como los promotores suelen ser inmediatamente adyacentes al gen en cuestión, las posiciones en el promotor se designan en relación con el sitio de inicio de la transcripción, donde comienza la transcripción del ADN para un gen en particular (es decir, las posiciones en sentido ascendente son números negativos que se cuentan desde -1, por ejemplo -100 es una posición 100 pares de bases en sentido ascendente).

En el núcleo celular, parece que los promotores se distribuyen preferentemente en el borde de los territorios cromosómicos, probablemente para la coexpresión de genes en diferentes cromosomas. [4] Además, en los seres humanos, los promotores muestran ciertos rasgos estructurales característicos de cada cromosoma. [4]

Eucariota Editar

  • Promotor central: la porción mínima del promotor necesaria para iniciar correctamente la transcripción [5]
    • Incluye el sitio de inicio de la transcripción (TSS) y elementos directamente aguas arriba
    • Un sitio de unión para la ARN polimerasa
        : transcribe genes que codifican ARN ribosómico 18S, 5.8S y 28S: transcribe genes que codifican ARN mensajero y ciertos ARN nucleares pequeños y microARN: transcribe genes que codifican ARN de transferencia, ARN ribosómico 5s y otros ARN pequeños
      • Aproximadamente 250 pares de bases aguas arriba del sitio de inicio
      • Sitios de unión de factores de transcripción específicos
      • Cualquier cosa más arriba (pero no un potenciador u otra región reguladora cuya influencia sea independiente de la posición / orientación)
      • Sitios de unión de factores de transcripción específicos

      Edición bacteriana

      En las bacterias, el promotor contiene dos elementos de secuencia corta de aproximadamente 10 (Pribnow Box) y 35 nucleótidos. río arriba desde el sitio de inicio de la transcripción.

      • La secuencia en -10 (el elemento -10) tiene la secuencia consenso TATAAT.
      • La secuencia en -35 (el elemento -35) tiene la secuencia consenso TTGACA.
      • Las secuencias consenso anteriores, aunque se conservan en promedio, no se encuentran intactas en la mayoría de los promotores. En promedio, solo de 3 a 4 de los 6 pares de bases en cada secuencia consenso se encuentran en cualquier promotor dado. Hasta la fecha se han identificado pocos promotores naturales que posean secuencias consenso intactas en los promotores artificiales -10 y -35 con conservación completa de los elementos -10 y -35 que se transcriban a frecuencias más bajas que aquellos con algunos desajustes con el consenso.
      • El espaciado óptimo entre las secuencias -35 y -10 es de 17 pb.
      • Algunos promotores contienen uno o más subsitios del elemento promotor aguas arriba (elemento UP) [7] (secuencia de consenso 5'-AAAAAARNR-3 'cuando se centra en la región -42 secuencia de consenso 5'-AWWWWWTTTT-3' cuando se centra en la región -52 W = A o TR = A o GN = cualquier base). [8]

      Las secuencias promotoras anteriores son reconocidas solo por la holoenzima de ARN polimerasa que contiene sigma-70. Las holoenzimas de ARN polimerasa que contienen otros factores sigma reconocen diferentes secuencias promotoras centrales.

      Probabilidad de aparición de cada nucleótido Editar

      Eucariota Editar

      Los promotores eucariotas son diversos y pueden ser difíciles de caracterizar, sin embargo, estudios recientes muestran que se dividen en más de 10 clases. [9]

      Los promotores de genes se encuentran típicamente aguas arriba del gen y pueden tener elementos reguladores a varias kilobases de distancia del sitio de inicio de la transcripción (potenciadores). En eucariotas, el complejo transcripcional puede hacer que el ADN se doble sobre sí mismo, lo que permite la colocación de secuencias reguladoras lejos del sitio real de transcripción. Los promotores eucarióticos dependientes de la ARN polimerasa II pueden contener un elemento TATA (secuencia consenso TATAAA), que es reconocido por el factor de transcripción general, proteína de unión a TATA (TBP) y un elemento de reconocimiento B (BRE), que es reconocido por la factor de transcripción TFIIB. [5] [10] [11] El elemento TATA y BRE típicamente se encuentran cerca del sitio de inicio de la transcripción (típicamente dentro de 30 a 40 pares de bases).

      Las secuencias reguladoras del promotor eucariota típicamente se unen a proteínas llamadas factores de transcripción que están involucrados en la formación del complejo transcripcional. Un ejemplo es la caja E (secuencia CACGTG), que une factores de transcripción en la familia básica hélice-bucle-hélice (bHLH) (por ejemplo, BMAL1-Clock, cMyc). [12] Algunos promotores que son el objetivo de múltiples factores de transcripción pueden alcanzar un estado hiperactivo, lo que lleva a una mayor actividad transcripcional. [13]

      Los promotores interactúan con potenciadores, factores de transcripción, complejo mediador y bucles de ADN en la transcripción de mamíferos Editar

      La expresión regulada positivamente de genes en mamíferos se inicia cuando se transmiten señales a los promotores asociados con los genes. Las secuencias de ADN promotor pueden incluir diferentes elementos tales como islas CpG (presentes en aproximadamente el 70% de los promotores), una caja TATA (presente en aproximadamente el 24% de los promotores), el iniciador (Inr) (presente en aproximadamente el 49% de los promotores), corriente arriba y elementos de reconocimiento de TFIIB cadena abajo (BREu y BREd) (presentes en aproximadamente el 22% de los promotores), y elemento promotor del núcleo cadena abajo (DPE) (presente en aproximadamente el 12% de los promotores). [14] La presencia de múltiples sitios CpG metilados en islas CpG de promotores provoca un silenciamiento estable de genes. [15] Sin embargo, los experimentos de Weingarten-Gabbay et al. [16] mostró que la presencia o ausencia de los otros elementos tiene efectos relativamente pequeños sobre la expresión génica. Dos secuencias, la caja TATA e Inr, provocaron aumentos pequeños pero significativos en la expresión (aumentos del 45% y 28%, respectivamente). Los elementos BREu y BREd disminuyeron significativamente la expresión en un 35% y 20%, respectivamente, y el elemento DPE no tuvo ningún efecto detectado sobre la expresión. [dieciséis]

      Los módulos reguladores cis que están localizados en regiones de ADN distantes de los promotores de genes pueden tener efectos muy importantes sobre la expresión génica, y algunos genes experimentan una expresión aumentada hasta 100 veces debido a dicho módulo regulador cis. [17] Estos módulos cis-reguladores incluyen potenciadores, silenciadores, aislantes y elementos de anclaje. [18] Entre esta constelación de elementos, los potenciadores y sus factores de transcripción asociados tienen un papel principal en la regulación de la expresión génica. [19]

      Los potenciadores son regiones del genoma que son los principales elementos reguladores de genes. Los potenciadores controlan los programas de expresión génica específicos del tipo de célula, la mayoría de las veces recorriendo largas distancias para acercarse físicamente a los promotores de sus genes diana. [20] En un estudio de neuronas corticales cerebrales, se encontraron 24,937 bucles que traen potenciadores a los promotores. [17] Múltiples potenciadores, cada uno a menudo a decenas o cientos de miles de nucleótidos distantes de sus genes diana, se enlazan con sus promotores de genes diana y se coordinan entre sí para controlar la expresión de su gen diana común. [20]

      La ilustración esquemática de esta sección muestra un potenciador dando vueltas para acercarse físicamente al promotor de un gen diana. El bucle se estabiliza mediante un dímero de una proteína conectora (por ejemplo, dímero de CTCF o YY1), con un miembro del dímero anclado a su motivo de unión en el potenciador y el otro miembro anclado a su motivo de unión en el promotor (representado por el zigzags rojos en la ilustración). [21] Varios factores de transcripción específicos de la función celular (hay alrededor de 1600 factores de transcripción en una célula humana [22]) generalmente se unen a motivos específicos en un potenciador [23] y una pequeña combinación de estos factores de transcripción unidos al potenciador, cuando se acercan a un promotor mediante un bucle de ADN, rigen el nivel de transcripción del gen diana. El mediador (coactivador) (un complejo que generalmente consta de aproximadamente 26 proteínas en una estructura que interactúa) comunica señales reguladoras de factores de transcripción unidos al ADN potenciador directamente a la enzima ARN polimerasa II (pol II) unida al promotor. [24]

      Los potenciadores, cuando están activos, generalmente se transcriben a partir de ambas cadenas de ADN con las ARN polimerasas que actúan en dos direcciones diferentes, produciendo dos eRNA como se ilustra en la Figura. [25] Un potenciador inactivo puede estar unido por un factor de transcripción inactivo. La fosforilación del factor de transcripción puede activarlo y ese factor de transcripción activado puede activar el potenciador al que está unido (ver la pequeña estrella roja que representa la fosforilación del factor de transcripción unido al potenciador en la ilustración). [26] Un potenciador activado comienza la transcripción de su ARN antes de activar un promotor para iniciar la transcripción del ARN mensajero de su gen objetivo. [27]

      Bidireccional (mamífero) Editar

      Los promotores bidireccionales son regiones intergénicas cortas (& lt1 kpb) de ADN entre los extremos 5 'de los genes en un par de genes bidireccionales. [28] Un "par de genes bidireccionales" se refiere a dos genes adyacentes codificados en cadenas opuestas, con sus extremos 5 'orientados uno hacia el otro. [29] Los dos genes a menudo están relacionados funcionalmente, y la modificación de su región promotora compartida les permite co-regularse y, por lo tanto, coexpresarse. [30] Los promotores bidireccionales son una característica común de los genomas de mamíferos. [31] Aproximadamente el 11% de los genes humanos están emparejados bidireccionalmente. [28]

      Los genes emparejados bidireccionalmente en la base de datos de Gene Ontology compartieron al menos una categoría funcional asignada a la base de datos con sus socios el 47% del tiempo. [32] El análisis de microarrays ha demostrado que los genes emparejados bidireccionalmente se coexpresan en mayor grado que los genes aleatorios o los genes unidireccionales vecinos. [28] Aunque la coexpresión no indica necesariamente la co-regulación, se ha demostrado que la metilación de las regiones promotoras bidireccionales regula negativamente ambos genes y la desmetilación regula positivamente ambos genes. [33] Sin embargo, existen excepciones. En algunos casos (alrededor del 11%), solo se expresa un gen de un par bidireccional. [28] En estos casos, el promotor está implicado en la supresión del gen no expresado. El mecanismo detrás de esto podría ser la competencia por las mismas polimerasas o la modificación de la cromatina. La transcripción divergente podría cambiar los nucleosomas para regular al alza la transcripción de un gen, o eliminar los factores de transcripción unidos para regular a la baja la transcripción de un gen. [34]

      Algunas clases funcionales de genes tienen más probabilidades de estar emparejadas bidireccionalmente que otras. Los genes implicados en la reparación del ADN tienen cinco veces más probabilidades de estar regulados por promotores bidireccionales que por promotores unidireccionales. Las proteínas chaperonas son tres veces más probables y los genes mitocondriales tienen más del doble de probabilidad. Muchos genes básicos de limpieza y metabólicos celulares están regulados por promotores bidireccionales. [28] La sobrerrepresentación de genes de reparación de ADN emparejados bidireccionalmente asocia estos promotores con el cáncer. El cuarenta y cinco por ciento de los oncogenes somáticos humanos parecen estar regulados por promotores bidireccionales, significativamente más que los genes que no causan cáncer. La hipermetilación de los promotores entre los pares de genes WNT9A / CD558500, CTDSPL / BC040563 y KCNK15 / BF195580 se ha asociado con tumores. [33]

      Se han observado ciertas características de secuencia en promotores bidireccionales, incluida la falta de cajas TATA, una abundancia de islas CpG y una simetría alrededor del punto medio de Cs y As dominantes en un lado y Gs y Ts en el otro. Recientemente se demostró que un motivo con la secuencia consenso de TCTCGCGAGA, también llamado elemento CGCG, impulsa la transcripción bidireccional impulsada por PolII en islas CpG. [35] Las cajas CCAAT son comunes, como lo son en muchos promotores que carecen de cajas TATA. Además, los motivos NRF-1, GABPA, YY1 y ACTACAnnTCCC están representados en los promotores bidireccionales a tasas significativamente más altas que en los promotores unidireccionales. La ausencia de cajas TATA en promotores bidireccionales sugiere que las cajas TATA juegan un papel en la determinación de la direccionalidad de los promotores, pero los contraejemplos de promotores bidireccionales poseen cajas TATA y promotores unidireccionales sin ellos indica que no pueden ser el único factor. [36]

      Aunque el término "promotor bidireccional" se refiere específicamente a regiones promotoras de genes que codifican ARNm, los ensayos de luciferasa han demostrado que más de la mitad de los genes humanos no tienen un fuerte sesgo direccional. La investigación sugiere que los ARN no codificantes se asocian con frecuencia con las regiones promotoras de los genes que codifican el ARNm. Se ha planteado la hipótesis de que el reclutamiento y la iniciación de la ARN polimerasa II generalmente comienza bidireccionalmente, pero la transcripción divergente se detiene en un punto de control más tarde durante el alargamiento. Los posibles mecanismos detrás de esta regulación incluyen secuencias en la región promotora, modificación de la cromatina y la orientación espacial del ADN. [34]

      Un promotor subgenómico es un promotor añadido a un virus para un gen heterólogo específico, lo que da como resultado la formación de ARNm para ese gen solo. Muchos virus de ARN de sentido positivo producen estos ARNm subgenómicos (ARNsg) como una de las técnicas de infección comunes utilizadas por estos virus y generalmente transcriben genes virales tardíos. Los promotores subgenómicos varían de 24 nucleótidos (virus Sindbis) a más de 100 nucleótidos (virus de la vena amarilla necrótica de la remolacha) y generalmente se encuentran aguas arriba del inicio de la transcripción. [37]

      Se ha desarrollado una amplia variedad de algoritmos para facilitar la detección de promotores en la secuencia genómica, y la predicción de promotores es un elemento común de muchos métodos de predicción de genes. Una región promotora se localiza antes de las secuencias de consenso -35 y -10. Cuanto más cerca esté la región promotora de las secuencias consenso, más a menudo tendrá lugar la transcripción de ese gen. No hay un patrón establecido para las regiones promotoras como lo hay para las secuencias consenso.

      Los cambios en las secuencias promotoras son críticos en la evolución, como lo indica el número relativamente estable de genes en muchos linajes. Por ejemplo, la mayoría de los vertebrados tienen aproximadamente el mismo número de genes codificadores de proteínas (alrededor de 20.000) que a menudo están muy conservados en secuencia, por lo que gran parte del cambio evolutivo debe provenir de cambios en la expresión génica. [4] [9]

      Origen de novo de los promotores Editar

      Dadas las secuencias cortas de la mayoría de los elementos promotores, los promotores pueden evolucionar rápidamente a partir de secuencias aleatorias. Por ejemplo, en E. coli,

      El 60% de las secuencias aleatorias pueden desarrollar niveles de expresión comparables a los del promotor lac de tipo salvaje con solo una mutación, y eso

      El 10% de las secuencias aleatorias pueden servir como promotores activos incluso sin evolución. [39]

      Otros estudios recientes sugieren que los promotores de genes pueden ser la causa principal de diabetes. [40] Los promotores de genes asociados con la diabetes mediante estudios de asociación de todo el genoma (GWAS) muestran patrones de ADN específicos para cada fenotipo. [40] Esta observación indica que los promotores de estos genes utilizan factores de transcripción específicos para cada fenotipo de diabetes. [40]

      El inicio de la transcripción es un proceso secuencial de varios pasos que involucra varios mecanismos: ubicación del promotor, unión inicial reversible de la ARN polimerasa, cambios conformacionales en la ARN polimerasa, cambios conformacionales en el ADN, unión del nucleósido trifosfato (NTP) al promotor funcional de la ARN polimerasa. iniciación compleja, no productiva y productiva de la síntesis de ARN. [41]

      El proceso de unión del promotor es crucial para comprender el proceso de expresión génica.

      Ubicación Editar

      Aunque la holoenzima de la ARN polimerasa muestra una alta afinidad por sitios inespecíficos del ADN, esta característica no nos permite aclarar el proceso de localización del promotor. [42] Este proceso de localización del promotor se ha atribuido a la estructura de la holoenzima al ADN y sigma 4 a los complejos de ADN. [43]

      La mayoría de las enfermedades tienen causas heterogéneas, lo que significa que una "enfermedad" suele ser muchas enfermedades diferentes a nivel molecular, aunque los síntomas mostrados y la respuesta al tratamiento pueden ser idénticos. La forma en que las enfermedades de diferente origen molecular responden a los tratamientos se aborda parcialmente en la disciplina de la farmacogenómica.

      No se enumeran aquí los muchos tipos de cánceres que implican una regulación transcripcional aberrante debido a la creación de genes quiméricos a través de la translocación cromosómica patológica. Es importante destacar que la intervención en el número o la estructura de las proteínas unidas al promotor es una clave para tratar una enfermedad sin afectar la expresión de genes no relacionados que comparten elementos con el gen diana. [44] Algunos genes cuyo cambio no es deseable pueden influir en el potencial de una célula para volverse cancerosa. [45]

      En los seres humanos, aproximadamente el 70% de los promotores ubicados cerca del sitio de inicio de la transcripción de un gen (promotores proximales) contienen una isla CpG. [46] [47] Las islas CpG tienen generalmente de 200 a 2000 pares de bases de largo, tienen un contenido de pares de bases C: G & gt50% y tienen regiones de ADN donde un nucleótido de citosina es seguido por un nucleótido de guanina y esto ocurre con frecuencia en el secuencia de bases a lo largo de su dirección 5 '→ 3'.

      Los promotores distales también contienen con frecuencia islas CpG, como el promotor del gen de reparación del ADN. ERCC1, donde el promotor que contiene la isla CpG se encuentra a unos 5.400 nucleótidos corriente arriba de la región codificante del ERCC1 gene. [48] ​​Las islas CpG también se encuentran con frecuencia en los promotores de ARN funcionales no codificantes, como los microARN.

      En los seres humanos, la metilación del ADN se produce en la posición 5 'del anillo de pirimidina de los residuos de citosina dentro de los sitios CpG para formar 5-metilcitosinas. La presencia de múltiples sitios CpG metilados en islas CpG de promotores provoca un silenciamiento estable de genes. [15] El silenciamiento de un gen puede ser iniciado por otros mecanismos, pero esto a menudo es seguido por la metilación de los sitios CpG en la isla CpG del promotor para causar el silenciamiento estable del gen. [15]

      Generalmente, en la progresión al cáncer, se silencian o activan cientos de genes. Aunque el silenciamiento de algunos genes en los cánceres ocurre por mutación, una gran proporción del silenciamiento de genes cancerígenos es el resultado de una alteración de la metilación del ADN (ver Metilación del ADN en el cáncer). La metilación del ADN que causa el silenciamiento en el cáncer ocurre típicamente en múltiples sitios CpG en las islas CpG que están presentes en los promotores de genes que codifican proteínas.

      Las expresiones alteradas de microARN también silencian o activan muchos genes en progresión al cáncer (ver microARN en cáncer). La expresión alterada de microARN ocurre a través de hiper / hipometilación de sitios CpG en islas CpG en promotores que controlan la transcripción de microARN.

      El silenciamiento de los genes de reparación del ADN mediante la metilación de las islas CpG en sus promotores parece ser especialmente importante en la progresión al cáncer (ver metilación de los genes de reparación del ADN en el cáncer).

      El uso del término secuencia canónica para referirse a un promotor es a menudo problemático y puede dar lugar a malentendidos acerca de las secuencias promotoras. Canónico implica perfecto, en cierto sentido.

      En el caso de un sitio de unión a un factor de transcripción, puede haber una única secuencia que se una a la proteína con más fuerza en condiciones celulares específicas. Esto podría llamarse canónico.

      Sin embargo, la selección natural puede favorecer la unión menos energética como una forma de regular la salida transcripcional. En este caso, podemos llamar a la secuencia más común en una población la secuencia de tipo salvaje. Puede que ni siquiera sea la secuencia más ventajosa de tener en las condiciones imperantes.

      La evidencia reciente también indica que varios genes (incluido el protooncogén c-myc) tienen motivos G-quadruplex como posibles señales reguladoras.

      Algunos casos de muchas enfermedades genéticas están asociados con variaciones en los promotores o factores de transcripción.

      Algunos promotores se denominan constitutivos porque están activos en todas las circunstancias en la célula, mientras que otros están regulados y se vuelven activos en la célula solo en respuesta a estímulos específicos.


      Promotores

      Promotores eucariotas

      En general, los promotores eucariotas son mucho más complicados que sus homólogos procariotas, al igual que la maquinaria de transcripción eucariota. Los eucariotas tienen tres polimerasas de ARN dependientes de ADN nuclear, cada una de las cuales tiene sus propios elementos promotores centrales. Los promotores de ARNm de mamíferos, que son transcritos por la ARN polimerasa II, consisten en elementos promotores centrales y sitios de unión de proteínas reguladoras que a menudo abarcan decenas de pares de kilobase.

      Los tres elementos principales identificados en los promotores del núcleo del ARNm de mamíferos son la caja TATA, el iniciador (Inr) y el elemento promotor aguas abajo (DPE) (Figura 1B). Es importante señalar que algunos promotores de mamíferos no parecen contener ninguno de estos tres elementos promotores centrales y, en estos casos, ha sido difícil determinar cómo se produce el inicio de la transcripción desde un sitio de inicio específico. La caja TATA, que fue el primer elemento promotor del núcleo eucariota identificado, tiene la secuencia consenso TATATAAG (cadena sin plantilla) y está centrada aproximadamente 29 pb corriente arriba del sitio de inicio de la transcripción. El Inr abarca el sitio de inicio de la transcripción (A conservado) y tiene una secuencia de consenso que contiene múltiples pirimidinas (Y). El DPE, que fue descubierto por primera vez en Drosophila promotores y más tarde en los promotores de mamíferos, se centra aproximadamente 31 pb cadena abajo del sitio de inicio de la transcripción. Typically, if promoters contain more than one of these three core elements they contain either: (1) a TATA box and an Inr or (2) an Inr and a DPE.

      Eukaryotic core promoter elements serve to recruit the RNA polymerase II transcription machinery. TFIID, one of the general transcription factors for RNA polymerase II, is a multiprotein complex containing the TATA-binding protein and associated factors that can bind with sequence specificity to all three of the core promoter elements. Other components of the RNA polymerase II general transcription machinery also contact core promoter DNA, and data is emerging that these factors may bind specific DNA sequences other than the TATA box, Inr, and DPE. It is likely that our understanding of RNA polymerase II core promoters will dramatically change as more core promoters are studied in detail.

      The extended sizes of many eukaryotic promoters result from regulatory elements that can be found tens of kilobase pairs away from core promoters. Regulatory elements include proximal elements that are found close to core promoters and typically bind activators, as well as enhancers and silencers that (depending on the promoter) can be found close to or at great distances upstream or downstream of the core promoter. In general, enhancers bind proteins that activate transcription and silencers bind proteins that repress transcription.

      The accessibility of transcription factors to eukaryotic promoters is influenced by nucleosomes and higher order chromatin structure. It is likely that the chromatin structure of a promoter plays an active role in its function. Therefore, it may be more accurate to think of eukaryotic promoters as nucleoprotein chromatin structures, since it is the chromatin and not simply the DNA sequence that will be recognized and accessed by the transcription machinery in eukaryotes.


      18.1: Transcripción: de ADN a ARN

      Las bacterias, arqueas y eucariotas deben transcribir genes de sus genomas. While the cellular location may be different (eukaryotes perform transcription in the nucleus bacteria and archaea perform transcription in the cytoplasm), the mechanisms by which organisms from each of these clades carry out this process are fundamentally the same and can be characterized by three stages: initiation, elongation, and termination.

      Una breve descripción de la transcripción

      La transcripción es el proceso de crear una copia de ARN de un segmento de ADN. Dado que este es un proceso, queremos aplicar la rúbrica Energy Story para desarrollar una comprensión funcional de la transcripción. ¿Cómo se ve el sistema de moléculas antes del inicio de la transcripción? ¿Qué aspecto tiene al final? ¿Qué transformaciones de materia y transferencias de energía ocurren durante la transcripción y qué cataliza el proceso, si es que hay algo? También queremos pensar en el proceso desde el punto de vista de Design Challenge. Si la tarea biológica es crear una copia del ADN en el lenguaje químico del ARN, ¿qué desafíos podemos formular hipótesis o anticipar razonablemente, dado nuestro conocimiento sobre otros procesos de polímeros de nucleótidos, deben superarse? ¿Existe evidencia de que la naturaleza resolvió estos problemas de diferentes maneras? ¿Cuáles parecen ser los criterios para el éxito de la transcripción? Entiendes la idea.

      Enumerar algunos de los requisitos básicos para la transcripción

      En primer lugar, consideremos las tareas a mano utilizando algunos de nuestros conocimientos fundamentales e imaginando lo que podría tener que suceder durante la transcripción si el objetivo es hacer una copia de ARN de un fragmento de una hebra de una molécula de ADN de doble hebra. Veremos que usar algo de lógica básica nos permite inferir muchas de las preguntas importantes y cosas que necesitamos saber para describir adecuadamente el proceso.

      Imaginemos que queremos diseñar una nanomáquina / nanobot que realice la transcripción. Podemos usar un poco de pensamiento de Desafío de diseño para identificar problemas y subproblemas que nuestro pequeño robot debe resolver.

      &bull Where should the machine start? Entre los millones y los miles de millones de pares de bases, ¿hacia dónde debería dirigirse la máquina?
      &bull Where should the machine stop?
      &bull If we have start and stop sites, we will need ways of encoding that information so that our machine(s) can read this information&mdashhow will that be accomplished?
      &bull How many RNA copies of the DNA will we need to make?
      &bull How fast do the RNA copies need to be made?
      &bull How accurately do the copies need to be made?
      &bull How much energy will the process take and where is the energy going to come from?

      Estas son, por supuesto, solo algunas de las preguntas centrales. Uno puede profundizar más si lo desea. Sin embargo, estos ya son lo suficientemente buenos para que comencemos a tener una buena idea de este proceso. Observe también que muchas de estas preguntas son notablemente similares a las que inferimos que podrían ser necesarias para comprender la replicación del ADN.

      Los componentes básicos de la transcripción

      Los bloques de construcción del ARN

      Recuerde de nuestra discusión sobre la estructura de los nucleótidos que los componentes básicos del ARN son muy similares a los del ADN. En el ARN, los componentes básicos consisten en nucleótidos trifosfatos que están compuestos por un azúcar ribosa, una base nitrogenada y tres grupos fosfato. Las diferencias clave entre los componentes básicos del ADN y los del ARN son que las moléculas de ARN están compuestas de nucleótidos con azúcares ribosa (a diferencia de los azúcares desoxirribosa) y utilizan uridina, un nucleótido que contiene uracilo (a diferencia de la timidina en el ADN). Note below that uracil and thymine are structurally very similar&mdashthe uracil is just lacking a methyl (CH3) grupo funcional en comparación con la timina.

      Figura 1. Los componentes químicos básicos de los nucleótidos.
      Atribución: Marc T. Facciotti (obra original)

      Inicio de la transcripción

      Promotores

      Las proteínas responsables de crear una copia de ARN de un fragmento específico de ADN (transcripción) primero deben poder reconocer el comienzo del elemento que se va a copiar. A promotor es una secuencia de ADN en la que varias proteínas, conocidas colectivamente como la maquinaria de transcripción, se unen e inician la transcripción. En la mayoría de los casos, los promotores existen corriente arriba (5 'de la región codificante) de los genes que regulan. La secuencia específica de un promotor es muy importante porque determina si la porción codificante correspondiente del gen se transcribe todo el tiempo, algunas veces o con poca frecuencia. Aunque los promotores varían entre especies, a veces se conservan algunos elementos de secuencia similar. En las regiones -10 y -35 corriente arriba del sitio de inicio, hay dos promotores consenso secuencias o regiones que son similares en muchos promotores y en varias especies. Algunos promotores tendrán una secuencia muy similar a la secuencia consenso (la secuencia que contiene los elementos de secuencia más comunes) y otros se verán muy diferentes. Estas variaciones de secuencia afectan la fuerza a la que la maquinaria transcripcional puede unirse al promotor para iniciar la transcripción. Esto ayuda a controlar la cantidad de transcripciones que se realizan y la frecuencia con la que se realizan.

      Figura 2. (a) Un diagrama general de un gen. El gen incluye la secuencia promotora, una región no traducida (UTR) y la secuencia codificante. (b) Una lista de varias secuencias promotoras fuertes de E. coli. La caja -35 y la caja -10 son secuencias muy conservadas en toda la lista de promotores fuertes. Los promotores más débiles tendrán más diferencias de pares de bases en comparación con estas secuencias.
      Source: http://www.discoveryandinnovation.co. lecture12.html

      ¿Qué tipos de interacciones se modifican entre la maquinaria de transcripción y el ADN cuando cambia la secuencia de nucleótidos del promotor? Why would some sequences create a "strong" promoter and why do others create a "weak" promoter?

      Promotores bacterianos frente a eucariotas

      En las células bacterianas, la secuencia de consenso -10, llamada región -10, es rica en AT, a menudo TATAAT. La secuencia -35, TTGACA, es reconocida y unida por la proteína &sigma. Una vez que se realiza esta interacción proteína-ADN, las subunidades de la ARN polimerasa central se unen al sitio. Debido a la estabilidad relativamente más baja de las asociaciones de AT, la región -10 rica en AT facilita el desenrollamiento de la plantilla de ADN y se forman varios enlaces fosfodiéster.

      Eukaryotic promoters are much larger and more complex than prokaryotic promoters, but both have an AT-rich region&mdashin eukaryotes, it is typically called a TATA box. Por ejemplo, en el gen de la timidina quinasa de ratón, la caja TATA se encuentra aproximadamente en -30. Para este gen, la secuencia exacta de la caja TATA es TATAAAA, como se lee en la dirección 5 'a 3' en la hebra sin plantilla. Esta secuencia no es idéntica a la E. coli -10 región, pero ambos comparten la cualidad de ser un elemento rico en AT.

      En lugar de una sola polimerasa bacteriana, los genomas de la mayoría de los eucariotas codifican tres ARN polimerasas diferentes, cada una compuesta por diez subunidades de proteínas o más. Cada polimerasa eucariota también requiere un conjunto distinto de proteínas conocidas como factores de transcripción para reclutarlo a un promotor. Además, un ejército de otros factores de transcripción, proteínas conocidas como potenciadores y silenciadores ayudan a regular la síntesis de ARN de cada promotor. Los potenciadores y silenciadores afectan la eficacia de la transcripción pero no son necesarios para el inicio de la transcripción o su procesión. Los factores de transcripción basales son cruciales en la formación de un complejo de preiniciación en la plantilla de ADN que posteriormente recluta ARN polimerasa para el inicio de la transcripción.

      El inicio de la transcripción comienza con la unión de la ARN polimerasa al promotor. La transcripción requiere que la doble hélice de ADN se desenrolle parcialmente de modo que una hebra pueda usarse como plantilla para la síntesis de ARN. La región de desenrollado se llama burbuja de transcripción.

      figura 3. Durante el alargamiento, la ARN polimerasa sigue la plantilla de ADN, sintetiza ARNm en la dirección 5 'a 3' y se desenrolla y luego rebobina el ADN a medida que se lee.

      Alargamiento

      La transcripción siempre procede del hebra de plantilla, una de las dos hebras del ADN de doble hebra. El producto de ARN es complementario a la hebra molde y es casi idéntico a la hebra sin plantilla, llamada hebra de codificación, con la excepción de que el ARN contiene un uracilo (U) en lugar de la timina (T) que se encuentra en el ADN. Durante el alargamiento, una enzima llamada Polimerasa de ARN avanza a lo largo de la plantilla de ADN, agregando nucleótidos mediante el apareamiento de bases con la plantilla de ADN de una manera similar a la replicación del ADN, con la diferencia de que una hebra de ARN que se sintetiza no permanece unida a la plantilla de ADN. A medida que avanza el alargamiento, el ADN se desenrolla continuamente por delante de la enzima central y se rebobina detrás de ella. Note that the direction of synthesis is identical to that of synthesis in DNA&mdash5' to 3'.

      Figura 4. Durante el alargamiento, la ARN polimerasa rastrea a lo largo de la plantilla de ADN, sintetizando el ARNm en la dirección 5 'a 3', desenrollando y luego rebobinando el ADN a medida que se lee.

      Figura 5. La adición de nucleótidos durante el proceso de transcripción es muy similar a la adición de nucleótidos en la replicación del ADN. El ARN se polimeriza de 5 'a 3', y con cada adición de un nucleótido, la enzima hidroliza un enlace fosfoanhídrido, lo que da como resultado un polímero más largo y la liberación de dos fosfatos inorgánicos.
      Source: http://utminers.utep.edu/rwebb/html/. longation.html

      Compare y contraste la historia de la energía para la adición de un nucleótido en la replicación del ADN con la adición de un nucleótido en la transcripción.

      Elongación bacteriana frente a eucariota

      En las bacterias, el alargamiento comienza con la liberación del &sigma subunidad de la polimerasa. La disociación de &sigma permite que la enzima central avance a lo largo de la plantilla de ADN, sintetizando ARNm en la dirección 5 'a 3' a una velocidad de aproximadamente 40 nucleótidos por segundo. A medida que avanza el alargamiento, el ADN se desenrolla continuamente por delante de la enzima central y se rebobina detrás de ella. El emparejamiento de bases entre el ADN y el ARN no es lo suficientemente estable como para mantener la estabilidad de los componentes de síntesis del ARNm. En cambio, la ARN polimerasa actúa como un enlazador estable entre la plantilla de ADN y las cadenas de ARN nacientes para garantizar que el alargamiento no se interrumpa prematuramente.

      En eucariotas, después de la formación del complejo de preiniciación, la polimerasa se libera de los otros factores de transcripción y se permite que el alargamiento proceda como lo hace en procariotas con la polimerasa sintetizando pre-ARNm en la dirección 5 'a 3'. Como se discutió anteriormente, la ARN polimerasa II transcribe la mayor parte de los genes eucariotas, por lo que esta sección se centrará en cómo esta polimerasa logra la elongación y la terminación.

      Terminación

      En bacterias

      Una vez que se transcribe un gen, es necesario instruir a la polimerasa bacteriana para que se disocie de la plantilla de ADN y libere el ARNm recién creado. Dependiendo del gen que se transcribe, existen dos tipos de señales de terminación. Uno está basado en proteínas y el otro está basado en ARN. Terminación dependiente de Rho está controlado por la proteína rho, que sigue detrás de la polimerasa en la cadena de ARNm en crecimiento. Cerca del final del gen, la polimerasa encuentra una serie de nucleótidos G en la plantilla de ADN y se detiene. Como resultado, la proteína rho choca con la polimerasa. La interacción con rho libera el ARNm de la burbuja de transcripción.

      Terminación independiente de Rho está controlado por secuencias específicas en la hebra de la plantilla de ADN. A medida que la polimerasa se acerca al final del gen que se transcribe, encuentra una región rica en nucleótidos CG. El ARNm se pliega sobre sí mismo y los nucleótidos CG complementarios se unen. El resultado es un estable horquilla que hace que la polimerasa se detenga tan pronto como comienza a transcribir una región rica en nucleótidos AT. La región UA complementaria del transcrito de ARNm forma solo una interacción débil con el ADN molde. Esto, junto con la polimerasa estancada, induce suficiente inestabilidad para que la enzima central se separe y libere la nueva transcripción de ARNm.

      En eucariotas

      La terminación de la transcripción es diferente para las diferentes polimerasas. Unlike in prokaryotes, elongation by RNA polymerase II in eukaryotes takes place 1,000&ndash2,000 nucleotides beyond the end of the gene being transcribed. Esta cola de pre-ARNm se elimina posteriormente mediante escisión durante el procesamiento del ARNm. Por otro lado, las ARN polimerasas I y III requieren señales de terminación. Los genes transcritos por la ARN polimerasa I contienen una secuencia específica de 18 nucleótidos que es reconocida por una proteína de terminación. El proceso de terminación en la ARN polimerasa III implica una horquilla de ARNm similar a la terminación de la transcripción independiente de rho en procariotas.

      En arqueas

      La terminación de la transcripción en las arqueas está mucho menos estudiada que en los otros dos dominios de la vida y todavía no se comprende bien. Si bien es probable que los detalles funcionales se asemejen a los mecanismos que se han visto en los otros dominios de la vida, los detalles están más allá del alcance de este curso.

      Ubicación celular

      En bacterias y arqueas

      En bacterias y arqueas, la transcripción ocurre en el citoplasma, donde se encuentra el ADN. Debido a que la ubicación del ADN y, por lo tanto, el proceso de transcripción, no están físicamente segregados del resto de la célula, la traducción a menudo comienza antes de que finalice la transcripción. Esto significa que el ARNm en bacterias y arqueas se usa como molde para una proteína antes de que se produzca el ARNm completo. La falta de segregación espacial también significa que hay muy poca segregación temporal para estos procesos. La Figura 6 muestra los procesos de transcripción y traducción que ocurren simultáneamente.

      Figura 6. La adición de nucleótidos durante el proceso de transcripción es muy similar a la adición de nucleótidos en la replicación del ADN.
      Fuente: Marc T. Facciotti (trabajo propio)

      In eukaryotes.

      En eucariotas, el proceso de transcripción se segrega físicamente del resto de la célula, secuestrado dentro del núcleo. This results in two things: the mRNA is completed before translation can start, and there is time to "adjust" or "edit" the mRNA before translation starts. La separación física de estos procesos les da a los eucariotas la oportunidad de alterar el ARNm de tal manera que extienda la vida útil del ARNm o incluso altere el producto proteico que se producirá a partir del ARNm.

      Procesamiento de ARNm

      5 'G-cap y 3' poly-A tail

      Cuando se transcribe un gen eucariota, la transcripción primaria se procesa en el núcleo de varias formas. Los ARNm eucariotas se modifican en el extremo 3 'mediante la adición de una cola poli-A. Esta serie de residuos A se agrega mediante una enzima que no utiliza ADN genómico como plantilla. Además, los ARNm tienen una modificación química del extremo 5 ', denominada tapa 5'. Los datos sugieren que estas modificaciones ayudan tanto a aumentar la vida útil del ARNm (previenen su degradación prematura en el citoplasma) como a ayudar al ARNm a iniciar la traducción.

      Figura 7. Los pre-ARNm se procesan en una serie de pasos. Se eliminan los intrones, se agregan una tapa de 5 'y una cola de poli-A.
      Source: http://www.discoveryandinnovation.co. lecture12.html

      Splicing alternativo

      El empalme se produce en la mayoría de los ARNm eucariotas en los que los intrones se eliminan de la secuencia del ARNm y los exones se ligan entre sí. Esto puede crear un ARNm mucho más corto que el que se transcribió inicialmente. El empalme permite que las células se mezclen y combinen qué exones se incorporan al producto de ARNm final. Como se muestra en la figura siguiente, esto puede llevar a que un solo gen codifique múltiples proteínas.


      Genes

      ¿Qué es un gen? A gene is a segment of DNA in an organism's genome that encodes a functional RNA (such as rRNA or tRNA, etc) or protein product (enzymes, tubulin, etc). A generic gene contains elements encoding regulatory regions (which are often not transcribed) and a region encoding a transcribed unit.

      Los genes pueden adquirir mutaciones - defined as changes in the in the composition and or sequence of the nucleotides - either in the coding or regulatory regions. These mutations can lead to several possible outcomes: (1) nothing measurable happens as a result (2) the gene is no longer expressed or (3) the expression or behavior of the gene product(s) are different. In a population of organisms sharing the same gene, different variants of the gene are known as alelos. Los diferentes alelos pueden dar lugar a diferencias en los fenotipos de los individuos y contribuir a la diversidad de la biología que se encuentra bajo presión selectiva.

      Empiece a aprender estos términos de vocabulario y conceptos asociados. Entonces se familiarizará un poco con ellos cuando comencemos a profundizar en ellos con más detalle en las próximas conferencias.

      Un gen consta de una región codificante para un ARN o un producto proteico acompañado de sus regiones reguladoras. La región codificante se transcribe en ARN que luego se traduce en proteína. Note that most transcripts to not begin with a start codon and end with a stop codon (unlike this example), there are usually upstream and downstream untranslated regions.

      Resumen de la sección

      All living things must all transcribe genes from their genomes. While the cellular location may be different (eukaryotes perform transcription in the nucleus bacteria and archaea- lacking a nucleus- perform transcription in the cytoplasm), the mechanisms by which organisms from each of these clades carry out this process are fundamentally the same and can be characterized by three stages: initiation, elongation, and termination.


      Overview of the Stages of Transcription

      The basic steps of transcription are initiation, elongation, and termination. Here we can identify several of the DNA sequences that characterize a gene. The promoter is the binding site for RNA polymerase. It usually lies 5&rsquo to, or upstream of the transcription start site. Binding of the RNA polymerase positions the enzyme to near the transcription start site, where it will start unwinding the double helix and begin synthesizing new RNA. The transcribed grey DNA region in each of the three panels are the transcription unit of the gene. Termination sites are typically 3&rsquo to, or downstream from the transcribed region of the gene. By convention, río arriba refers to DNA 5&rsquo to a given reference point on the DNA (e.g., the transcription start-site of a gene). Downstream then, refers to DNA 3&rsquo to a given reference point on the DNA.

      Figure (PageIndex<2>): Three steps of transcription. (Copyright )


      This eliminates base pair mismatches and insertions or deletions of a few nucleotides that are accidentally introduced by DNA polymerase during replication. Mismatch excision repair occurs after DNA replication. Cells defective in MMR genes (Mismatch Excision Repair genes) have a very high mutation rate which can be up to 1000 times the normal. Mutations in at least six MMR genes cause hereditary non polyposis colorectal cancer (HNPCC). In HNPCC there are mutations in the MLH1 or MSH2 genes. Cells with only one copy of these mutated genes show normal mismatch repair, however, if there is a random mutation in the second gene, the mismatch repair system is lost (something like tumour suppressor genes). This predisposes to other mutations and the development of colorectal cancer. Mismatch repair genes correct mismatched bases introduced during DNA replication.

      Nucleotide Excision Repair removes thymine dimers and large chemical adducts. A different set of genes is required to excise single abnormal bases and are called Base Excision Repair genes.

      The nucleotide excision repair fixes DNA regions containing chemically modified adducts that distort the shape of DNA locally. These proteins slide along the DNA molecule and look for irregularities in the shape of the double helix. If there are irregularities present, these proteins repair the defects. About 30 proteins are involved and they remove fragments of approximately 30 nucleotides. Mutations in at least eight of these genes can cause Xeroderma Pigmentosum. The cells of the affected patients lack a functional nucleotide excision repair mechanism. Therefore, there is no repair of damaged genes and thus predisposition to cancer.


      DNA Transcription (Advanced Detail)

      This animation shows how RNA polymerase and other transcription factors interact to transcribe DNA into RNA.

      DNA is copied into RNA in a process called genetic transcription. The process starts with transcription factors assembling on a region of a gene called a promoter. An enzyme called RNA polymerase travels along the DNA, unzipping its two strands. The molecule then copies one of the strands of DNA into a strand of RNA.

      This animation brings the process to life, showing three-dimensional representations of the molecules involved. Depending on students’ backgrounds, it may be helpful to pause the animation at various points to identify the molecules and describe their interactions.

      Detalles

      central dogma, gene expression, initiation, messenger RNA (mRNA), nucleotide, promoter, RNA polymerase, template, transcription factor

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Comentarios:

  1. Leandre

    siempre pzhalsta ...

  2. Kazil

    Esto es super muchas gracias

  3. Anghus

    Lo siento, pero esto no funciona para mí. ¿Quizás hay más opciones?

  4. Benson

    Tema incomparable

  5. Blair

    Como la falta de gusto

  6. Taban

    En toda probabilidad. Más probable.



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