1.1 Estructura del Genoma Humano y Mecanismos de Expresión Génica.pdf

CE RTIFICA DO EN G EN ÉTICA MÉDICA

CONCEPTOS GENERALES DE GENÉTICA HUMANA ESTRUCTURA DEL GENOMA HUMANO Y MECANISMOS DE EXPRESIÓN E XPRESIÓN GÉNICA

Nuria Paricio Ortiz Departamento de Genética

Estructura del genoma humano


CONCEPTOS GENERALES DE GENÉTICA HUMANA

1. EST ESTRUC RUCTUR TURA A DEL GEN GENOMA OMA HUM HUMA ANO




1. EST ESTRUC RUCTUR TURA A DEL GEN GENOMA OMA HUM HUMA ANO


Estructura del genoma humano El genoma es el contenido conteni do total de DNA de la célula (genoma nuclear y y mitocondrial mitocondrial))

http://www.mitomap.org


El proyecto genoma humano (I)

2001


El proyecto genoma humano (II)


Características generales del genoma humano

*

http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Info/Index


DNA repetido en el genoma humano

Familias génicas

agrupadas en tándem

dispersas en el genoma


DNA repetido en tándem

*

*Satélite gamma

220

regiones pericentroméricas de los crom. 8, X e Y


DNA repetido en tándem: DNA satélite B

A

C

ratón

humanos

* Localizado en regiones centroméricas y pericentroméricas (A) * Centrómero: estructura esencial para la segregación cromosómica (B)

Eymery et al. 2009

* El DNA centromérico y pericentromérico se transcribe en diferentes contextos celulares (C)


DNA repetido en tándem: DNA minisatélite (I) TELÓMEROS: Extremos de los cromosomas Mantenimiento de la longitud de los cromosomas lineales

Protección de los extremos de los cromosomas


DNA repetido en tándem: DNA minisatélite (II)

DNA minisatélite ( VNTRs: variable number of tandem repeats)   

Repeticiones en tándem de secuencias de tamaño moderado (  60 pb) Distribuidas por todo el genoma Frecuentes y altamente polimórficas (en cuanto al nº de repeticiones)

Identidad genética (D N A f i n g e r p r i n t i n g )


DNA repetido en tándem: DNA minisatélite (III) Detección del polimorfismo: Southern blot + hibridación con sonda específica

Sonda monolocus

Sonda multilocus


DNA repetido en tándem: DNA microsatélite (I)

DNA microsatélite ( STRs: short tandem repeats; SSR: simple sequence repeats)   

Repeticiones en tándem de secuencias muy simples (1-7 pb) Distribuidas por todo el genoma Frecuentes y altamente polimórficas

Identidad genética (D N A f i n g e r p r i n t i n g )


DNA repetido en tándem: DNA microsatélite (II) Detección del polimorfismo: PCR + electroforesis en gel

PCR multiplex + electroforesis capilar


DNA repetido en tándem: DNA microsatélite (III) Implicaciones de las secuencias microsatélites en Medicina

También repeticiones de tetra o pentanucleótidos


DNA repetido y disperso en el genoma: elementos transponibles (I) secuencias derivadas de procesos de transposición

*

LINES: Long Interspersed Nuclear Elements SINES: Short Interspersed Nuclear Elements


DNA repetido y disperso en el genoma: elementos transponibles (II)

Interrupción de genes

Transducción en 3’ (nuevos genes)

Reordenaciones

Cambios en la expresión génica

Efectos de LINE-1 en el genoma humano


DNA repetido y disperso en el genoma: pseudogenes procesados

* Se pueden reactivar si se insertan cerca de un promotor ( retrogenes)


Genes de RNAs no codificantes (I)


Genes de RNAs no codificantes (II)

Esteller 2011

Mecanismos de expresión génica



2. MECANISMOS DE EXPRESIÓN GÉNICA


Expresión génica

Dogma central de la biología molecular


Transcripción: modificaciones de la cromatina (I) Nucleosoma: 200 pb (147 pb + linker ) octámero de histonas H2A, H2B, H3, H4 (2X)

Modificación de histonas Un patrón particular de modificación de histonas es característico de genes activos o potencialmente activos

acetilación (lisinas) ubiquitinación/sumolización (lisinas) fosforilación (serinas) metilación (lisinas, argininas) otras:


Transcripción: modificaciones de la cromatina (II) Metilación del DNA

• La metilación juega un papel importante en la

regulación de la estructura de la cromatina • Sobre todo en citosinas (CpG)

En general: Metilación = inactivación No metilación (o infra) = activación

Complejos remodeladores de la cromatina • Modifican el estado de la cromatina al desplazar

nucleosomas o alterar su estructura • Función dependiente de ATP (actividad ATPasa)


Transcripción: promotores, enhancers, silenciadores y aislantes (I) Núcleo del promotor y elementos proximales

Secuencias posibles en el núcleo del promotor

XCPE1/2


Transcripción: promotores, enhancers, silenciadores y aislantes (II) Elementos distales

Enhancers o amplificadores : • Son elementos distales (10-50 kb) • Carecen de actividad promotora • Activan la expresión de genes • En 5’, 3’ y en intrones • Pueden controlar grupos de genes • Unión de proteínas específicas • Los silenciadores o represores tienen las mismas

características pero reprimen la expresión génica • Los aislantes limitan la acción de enhancers y silenciadores


Procesado de los mRNAs: c a p p i n g en 5’ Funciones de la caperuza en 5’ :

* Reconocimiento por el ribosoma * Protección contra exonucleasas * Eficiencia del transporte al citoplasma

(Hce)

(Hcm)


Procesado de los mRNAs: eliminación de intrones (s p l i c i n g )

espliceosoma

AG

AG

El espliceosoma está formado por: snRNPs

RNAs (56-217 pb) ricos en U proteínas asociadas p.e. Sm otras proteínas p.e. SR


Procesado de los mRNAs: s p l i c i n g alternativo (I) Un pre-mRNA puede ser procesado de formas distintas dando lugar a RNAm maduros diferentes

Ejemplo: gen -tropomiosina


Procesado de los mRNAs: s p l i c i n g alternativo (II)

Factores de procesado: activadores o represores


Procesado de los mRNAs: poliadenilación en 3’ AAUAAA=señal de poliadenilación CPSF=factor de especificidad de corte y poliadenilación (nucleasa) CstF=factor de estimulación del corte PAP=polimerasa poli-A CFs=factores de corte Funciones de la cola poliA:

CPSF 5’

5’

CstF 3’

AAUAAA polimerasa poli-A

5’

(A)200 3’

G/U

Degradación (Xrn2)

3’

* Proteger contra exonucleasas * Regular la eficiencia de la traducción * Eficiencia del transporte al citoplasma

Asociado con el final de la transcripción (se desestabiliza el complejo)


Acoplamiento de transcripción y procesado


Transporte del mRNA al citoplasma

TRADUCCIÓN


Traducción (I)

Inicio de la traducción

eIF1, 1A: reclutamiento TC y scanning eIF2: une tRNAiMet a 40S (GTPasa) eIF3: unión mRNA al complejo 43S eIF4s: facilitan unión mRNA (cap) eIF5: estimula hidrólisis GTP (eIF2) ¿reconocimiento codón inicio? eIF5B: promueve unión de 60S (GTPasa)


Traducción (II) Elongación

Terminación eEF2:Translocación

eEF1A: transporte del aminoacil-tRNA al ribosoma eEF1B: estimula la actividad de eEF1A

eRF1: reconocimiento de codones de parada y liberación de la proteína eRF3: estimula a eRF1


Modificaciones postraduccionales de las proteínas Algunas proteínas tienen que ser modificadas para ser funcionales


Las mutaciones pueden ocurrir en diferentes regiones de los genes


Las mutaciones pueden afectar diferentes etapas durante la expresión génica


El proyecto ENCODE (I)

http://encodeproject.org/ENCODE/ http://www.nature.com/encode/#/threads


El proyecto ENCODE (II)

2012

• El 80.4% del genoma humano participa al menos en un proceso bioquímico asociado a RNA o cromatina en

al menos un tipo celular. • Muchos SNPs asociados con enfermedades por GWAS se localizan en elementos funcionales no codificantes, en o cerca de regiones definidas por ENCODE que están fuera de genes que codifican proteinas. • Alrededor del 75% del genoma se transcribe en algún momento y tipo celular, y los genes están entrelazados de forma que se sintetizan transcritos solapantes de ambas cadenas de DNA. Estos descubrimientos obligan a

Anexo

Principales características del genoma humano

1.1 Estructura del Genoma Humano y Mecanismos de Expresión Génica.pdf

Recommend Documents