SEMANA 15 REGULACIÓN GENÓMICA. CÉLULAS MADRE. CLONACIÓN. 1. Describir los componentes !e "orm#n l# en$olt!r# n!cle#r. %C!&l es l# rel#ci'n entre l#s membr#n#s n!cle#res ( el comple)o *el poro n!cle#r+ %C'mo "!ncion# el comple)o *el poro n!cle#r #l re,!l#r el mo$imiento bi*ireccion#l *e m#teri#les entre el n-cleo ( el citopl#sm#+ %!/ son l# importin#s ( l#s e0portin#s+ Está formada por: Membrana externa Espacio intermembrana Membrana interna Lámina nuclear •
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Es responsable de la estructura y de la forma del núcleo, gracias sobre todo a la lámina nuclear. Regula el trasiego de moléculas entre el nucleoplasma y el citoplasma, que está mediado por los poros nucleares. La membrana externa se continúa con la membrana del retculo endoplasmático.
2OROS NUCLEARES El transporte mediado por los poros nucleares está orquestado por las protenas Ran! "#$asas y por unas familias de protenas denominadas importinas y exportinas . Las moléculas Ran!"#$asas son trascendentales tanto para la importaci%n como para la exportaci%n de moléculas. &on las responsables de crear un gradiente que dirige el transporte y crear este gradiente es la única parte del transporte por parte de los poros nucleares que gasta energa. Las moléculas Ran pueden estar en tres estados: Ran! "#$, Ran!"'$ y Ran. El paso de un estado a otro está mediado por otras en(imas. En el nucleoplasma )ay una mayor concentraci%n de Ran!"#$, mientras que en el citplasma abunda la Ran!"#$. •
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Las "radientes creados por las moléculas Ran entre el citoplasma y el nucleoplasma. La energa se consume en el nucleoplasma para crear Ran!"#$ a partir de Ran y f%sfor f%sforo o inorgá inorgánic nico, o, mante mantenie niend ndo o la concen concentra traci% ci%n n de Ran!"# Ran!"#$ $ ele*ada. En el citoplasma las Ran!"#$ son rápidamente con*ertidas en Ran! Ran!"' "'$ $, mant manten enie iend ndo o la conc concen entr trac aci% i%n n de esta estas s últim últimas as ele* ele*ad ada. a. Mientras, la )idr%lisis del Ran!"'$ a Ran, mantiene la concentraci%n de Ran!"'$ ba+a en el nucleoplasma. El tamao de los iconos son indicati*os de la concentraci%n.
IM2OR3INASE42OR3INAS
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Las importinas y las exportinas son dos de las familias de moléculas que reconocen péptidos seal de entrada o salida, respecti*amente, respecti*amente, de aquellas moléculas que tienen que entrar o salir del núcleo. &on estas dos familias de prote protenas nas las que que intera interacci ccion onan an con las nucleo nucleopor porina inas s duran durante te su trasiego por los poros nucleares. )eterodmeros, s, formados formados por dos subunidad subunidades, es, la L#s importin# importin#ss son )eterodmero subunidad!a se une a la -&L de la protena nuclear permitiendo la uni%n con la subunidadad!b. Esta uni%n origina una importina funcional que lle*a unida a la protena nuclear a ser transportada.
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mecanism ismo o para para la salida salida nuclear nuclear de prote protena nas s L#s E0portin#s son el mecan carga carga que contienen contienen una seal de exportac exportaci%n i%n nuclear nuclear Las moléculas moléculas de mayor tamao requieren de una protena transbordadora o carioportina.
. %C!&l es l# *i"erenci# en l# estr!ct!r# ( l# "!nci'n entre 6eterocrom#tin# 6eterocrom#tin# ( e!crom#tin#+ %Entre 6eterocrom#tin# constit!ti$# ( "#c!lt#ti$#+ %Entre !n cromosom# 4 #cti$o e in#cti$o en !n# c/l!l# *e m#m7"ero 6embr#+ 8E3EROCROMA3INA •
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La )eter )eterocr ocroma omatin tina a es una forma compact compacta a de 1'-, el cual cual *iene *iene en diferentes *ariedades. Estas *ariedades se encuentran en un continuo entre los dos extremos de la constituti*a y la )eterocromatina facu facultati*a ltati*a Está conformada por secuencias altamente repetiti*as -o posee acti*idad transcripcional Es inacti*a en cuanto a la expresi%n genética pero que puede funcionar en el control de acti*idades metab%licas, la transcripci%n y la di*isi%n celular. Está asociado con la regulaci%n de los genes para la protecci%n de la integridad de los cromosomas.
EUCROMA3INA •
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Es una forma ligeramente compactada de la cromatina que es rico en la conc concen entr trac aci% i%n n de gen, gen, y es a menu menudo do ba+o ba+o la tran transc scri ripc pci% i%n n acti acti*a *a,, comprende la parte más acti*a del genoma dentro del núcleo de la célula. La estructura básica de la eucromatina es un %rgano alargado, abierto, 56 nm de microfibrillas. $articipa en la transcripci%n acti*a de 1'- a los productos de mR-1. La estr estruc uctu tura ra perm permite ite pleg plegar ar las las prot prote ena nas s regu regula lado dora ras s de gene genes s y comple+os de 1R- polimerasa para unirse a la secuencia de 1'-, que luego pueden iniciar el proceso de transcripci%n.
8E3EROCROMA3INA CONS3I3U3I9A •
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La )eterocro )eterocromatin matina a constitutiva conti ontie ene un tipo ipo part partic icu ular lar de 1'denominado 1'- satélite, formado por gran número de secuencias cortas repetidas en tándem. Es estable y conser*a sus propiedades )eterocromáticas durante todas las etapas del desarrollo y en todos los te+idos. Es altamente polim%rfica, probablemente debido a la inestabilidad del 1'satélite. &e encuentra fuertemente teida en la técnica de bandas 2,
8E3EROCROMA3INA 8E3ERO CROMA3INA :ACUL3 :ACUL3A A3I9A •
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acultativa se caracteri(a por la presencia de La )etero )eterocro cromat matina ina f acultativa secuencias repetidas tipo line. Estas secuencias, dispersas a lo largo del genoma, podran promo*er la propagaci%n de una estructura de cromatina condensada. Es re*ersible, su estado )eterocromático depende de la etapa del desarrollo y del tipo celular. -o es particularmente rica en 1'- satélite, y por ello, no es polim%rfica. -o se encuentra nunca teida en la técnica de bandas 2.
CROMOSOMA 4 INAC3I9O •
Es un proceso por el cual una de las dos copias del cromosoma 7 presente en las mamferos )embra se inacti*a, el cromosoma 7 inacti*o es sil enciado
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por lo que se en*asa de tal manera que tiene una estructura transcripcionalmente inacti*a llamada )eterocromatina. •
In#cti$#ci'n *el cromosom# 4 con imprintin,;
El cromosoma 7 de origen paterno se inacti*a de forma preferencial en las células de la placenta de los mamferos. 3n posible mecanismo implicara el presilenciamiento del cromosoma 7 de origen paterno en la lnea germinal masculina mediante la inacti*aci%n de los dos cromosomas 7 en meiosis8 de esta forma el estado inacti*o del 2romosoma 7 podra transmitirse a la pr%xima generaci%n, permitiendo la compensaci%n de la dosis en embriones femeninos, porque s%lo las )embras )eredan un 2romosoma 7 de sus padres. •
In#cti$#ci'n *el cromosom# 4 #l #<#r; 0curre 0cur re temp tempra rana name ment nte e en el embr embri% i%n n de )emb )embra ra,, en el que que los los dos dos cromosomas 7, de origen materno o paterno, tienen la misma posibilidad de ser inacti*ados. 2ada célula femenina se encarga de distinguir entre dos 2romosomas 7 dentro del mismo núcleo, y designar un 2romosoma 7 como acti*o y el otro como 7 inacti*o. 2ada 2ada célu célula la cuen cuenta ta,, en prim primer er luga lugar, r, su núme número ro de 2rom 2romos osom omas as 7, entonc entonces es al a(ar a(ar escog escoge e un 7 para para perman permanece ecerr acti*o acti*o,, y, finalm finalment ente, e, silencia el futuro 7 i nacti*o.
=. %C'mo el c'*i,o *e 6iston#s es !n "#ctor *etermin#nte *el est#*o *e !n# re,i'n *e l# crom#tin#+ •
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El c%digo de )istonas, según la que modificaciones sobre las colas amino! terminales de las )istonas pueden tener consecuencias en cuanto a: La facilidad con la que protenas asociadas a cromatina podran acceder al 1'-, las modificaciones actuaran como seal de reconocimiento para prote protena nas s regula regulador doras, as, y por tanto, tanto, las forma formas s modifi modificad cadas as resulta resultara ra rele*antes para la regulaci%n genética. Las estructuras de eucromatina y )eterocromatina serán en mayor medida dependientes de las concentraciones locales de )istonas modificadas. La informaci%n contenida en estas )istonas podra ser )eredada por las células )i+as tras la replicaci%n del 1'-.
>. %C!&l es l# *i"erenci# en l# estr!ct!r# ( "!nci'n entre los centr'meros ( tel'meros *e !n cromosom#+ %C!&l es l# estr!ct!r# ( "!nci'n *e l# telomer#s#+ 3ELOMERO &on los extremos de los bra(os cromos%micos y tienen una estructura especial 9formaci%n de 1'- cuadruplexo que protege al cromosoma de su degradaci%n por los extremos y que además permite la replicaci%n de los extremos cromos%micos medi median ante te la actu actuac aci% i%n n de enci encima mas s espe espec cfic ficas as como como las las telo telome mera rasa sas. s. Los Los tel%meros poseen extremos ;< monocatenarios 9de una sola )élice constituidos por una secuencia corta rica en "uanina que está repetida en tándem 9una detrás de otra cientos de *eces.
CEN3ROMERO
=ona por la que el cromosoma interacciona con las fibras del )uso acromático en las anafas anafases es mit%ti mit%ticas cas y mei%t mei%tica icas s y que es respon responsab sable le de los mo*imie mo*imiento ntos s cromos%micos que tienen lugar durante estas fases. Las estructuras centroméricas
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que que inte intera racc ccio iona nan n con con las las fibra fibras s del del )uso )uso se deno denomi mina nan n cine cineto toco coro ros. s. En la estructura estructura del centr%mero centr%mero también también inter*ienen inter*ienen protenas protenas centr%mérica centr%méricas. s. Es la constricci%n primaria y aparece menos teida que el resto del cromosoma.
3ELOMERASA. ES3RUC3URA ? :UNCION •
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La telomerasa es una ribonucleoproteina que consiste en un componente de 1R- denominado >#R )uman telomerase R-1 este consiste en una cadena molde de 1R- que sir*e para la sntesis del 1R- telomerico y en una subunidad proteca con funciones catalticas y que actúan como una trascriptasa in*ersa seme+ante a la trascriptasa in*ersa *iral denominada >#ER# )uman telomerase in*erse transcriptase Estos dos componentes son necesarios y suficientes para la acti*idad de la telomerasa in *itro, la protena #R?5, #R?@, tanquirasa, #/-@,R1$5, $0#5 están in*olucrados en la interacci%n con el tel%mero y regulan la apertura y cierre del tel%mero permitiendo el acceso al tel%mero de otros comple+os proteicos tales como las telomerasas. 3na *ariedad *ariedad de protenas protenas y ribonucleopr ribonucleoproten otenas as incluyendo incluyendo >&$A6 as como 'B25, L@@, $@;, "1R5, también participan en el ensambla+e de la telomersa y facilitan la interacci%n de la telomerasa con el tel%mero, otras prot pr ote ena nas s ta tale les s co como mo MR MR5 551, - -&5 &5,, B3 B3C6 C6,, B3 B3D6 D6,, ''-1$ 1$B B y 1#M funcionan en la detecci%n de tel%meros cortos y disponen las *as de respuestas para la reparaci%n de las secuencias teloméricas. $or tanto la regulaci%n de la acti*idad de la en(ima in *i*o es sumamente comp co mple le+a +a,, de ig igua uall mo modo do,, su suce cede de co con n la re regu gula laci ci%n %n de la ex expr pres esi% i%n n genética de los genes que codifican para la sntesis de las subunidades en(imaticas
5. In$esti,!e sobre l#s implic#nci#s p#r# l# me*icin# 6!m#n# *e l#s c/l!l#s m#*r m# *re@ e@ l# cl clon on#c #ci' i'n n *e #n #nim im#l #les es ( el *e *es# s#rr rrol ollo lo *e l# pr prot ote7 e7n# n# $e $er* r*ee "l!orescente.
2rote7n#s "l!orescentes Las protenas fluorescentes, entre las cuales se encuentra la "?$, son muy *ersátiles y se utili( utili(an an en di*ers di*ersos os campos campos como como la micro microbio biolo loga ga,, ingeni ingenier era a genéti genética ca y fisio fisiolog loga. a. $ermi $ermiten ten *er proces procesos os pre*ia pre*iame mente nte in*isi in*isibl bles, es, como como el desar desarrol rollo lo de neuronas, c%mo se diseminan las células cancerosas, el desarrollo de la enfermedad de 1l()eimer, el crecimiento de bacterias patogénicas, la proliferaci%n del *irus del &/'1, entre otros. $or e+emplo, células cancerosas que expresan 'sRE' pueden implantarse en ratones sal*a+es, o transgénicos con expresi%n de "?$ en todas las células. 2uando los ratones son iluminados con lu( a(ul las células cancerosas pueden ser fácilmente detectadas y seguidas 9en los ratones *erdes o normales permitiendo la locali(aci%n de las metástasis y el fen%meno de angiogénesis angiogénesis en tumores en proliferaci%n. proliferaci%n. $or otro lado, lado, el modelo modelo permit permite e seguir seguir la e*oluc e*oluci%n i%n compa comparat rati*a i*a de las metást metástasi asis s en presencia o ausencia de distintos fármacos. Esto sera s%lo uno de los múltiples usos que se le están asignando a estas protenas.
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La "?$ también tiene una importancia especial en la biologa del desarrollo: si se introduce en un estadio temprano de un embri%n, se puede seguir la e*oluci%n de las primeras células, estructuras y %rganos. $or otro otro lado, lado, la "?$ y prote protenas nas simila similares res tiene tienen n aplica aplicacio ciones nes biote biotecno cnol%g l%gic icas, as, incluyendo la detecci%n de arsénico en los po(os de agua. $or e+emplo, en partes del sudeste asiático el arsénico presente naturalmente en el agua está en*enenando a miles miles de perso personas nas.. Los in*es in*estig tigado adores res )an modifi modificad cado o genéti genéticam camen ente te bacte bacteria rias s resistent resistentes es al arsénico arsénico que fluoresce fluorescen n en presenci presencia a de arsénico arsénico.. #ambién mbién se )an modifica modificado do organismo organismos s que fluoresce fluorescen n en presenci presencia a de trinitroto trinitrotoluen lueno o o metales metales pesados como el cadmio y (inc. 4a se )an generado monos, gusanos, algas, Esc)eric)ia coli, y cerdos con "?$ en su genoma, que fluorescen5A. 4 )asta se )an fabricado +uguetes con "?$ que brillan en la oscuridad.
CELULAS MADRE Las células madre de los embriones obtenidos por fertili(aci%n in *itro, se )a intentado obtener células embrionales por clonaci%n. 2on esta técnica se toma el núcleo de una célula, por e+emplo de una célula de la piel y se introduce en un cigoto al que se le )a retirado el núcleo. 3na *e( que se )an cumplido tres a cinco das de la clonaci%n, el comple+o que contiene alrededor de 6 células se introduce en placas de culti*o con medios adecuados para su desarrollo. 1l cabo de meses las células madre originales se )an di*idi di*idido do en millo millones nes de célula células s salud saludabl ables es sin difer diferen encia ciarse rse en célul células as especiali(adas, especiali(adas, obteniendo una lnea de células madre embrionarias. 3n )ec)o trascendente es que las células madre embrionarias tienen capacidad para con*er con*ertir tirse se en cualqu cualquier ier tipo tipo de célul células, as, lo que que repres represent enta a un desaf desafo o para para los los in*estigadores. El reto está en controlar y dirigir la diferenciaci%n celular: comple+as combinaciones combinaciones de factores de crecimiento y seales qumicas y genéticas que )oy recién se empie(an a descifrar. ?actores de crecimiento, citoquinas, seales qumicas y genéticas están in*olucrados en un proceso que requiere cuantiosos recursos para su e*oluci%n y desarrollo.
USOS En"erme*#*es c#r*7#c#s 3no de los más rele*antes a*ances es la aplicaci%n de células madre adultas de la médula %sea a la recuperaci%n del te+ido cardaco pues me+ora la funci%n del %rgano en *ctimas de infartos o paros cardacos. &e inyectaron células madre de la médula %sea del mismo paciente en las arterias coronarias coronarias y se obser*% aumento de la funci%n cardaca.
M#l *e 2#rinson 2omo los implantes de te+ido fetal )an tenido éxito parcial en la reducci%n de sntomas neurol%g neurol%gicos icos,, algunos algunos in*estiga in*estigadore dores s consider consideran, an, y lo están están intentan intentando, do, que sera sera posible estimular a las células madre del propio paciente para que genere dopamina.
Artritis re!m#toi*e
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Las células madre adultas se emplean en la reparaci%n del cartlago lesionado por la enfermedad, y es posible lograr la reducci%n del dolor aún temporalmente.
Di#betes *el tipo I &e encuentra en desarrollo su aplicaci%n en esta enfermedad empleando protenas sobre células madre embrionarias para que puedan capacitarse para formar tipos de células pancreáticas que segreguen insulina.
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SUER3E EN EL E4AMEN C8IBOLOS 2UL2INES
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