Biología molecular 3
Las células eucariotas y las células procarióticas tienen las siguientes diferencias en la transcripción genética, la traducción y la estructura espacial del ADN:
1. sólo puede traducirse en una cadena polipeptídica, y la forma de operón multigénico común en los procariotas es rara en las células eucariotas.
2. Las histonas del ADN de las células eucariotas se combinan con una gran cantidad de proteínas no histonas, y sólo una pequeña parte del ADN está desnuda.
3. La mayor parte del ADN de las células eucariotas superiores no se transcribe. La secuencia de ADN de algunas células eucariotas consta de unas pocas o docenas de bases y se repite cientos o incluso varias veces a lo largo del genoma. veces. Además, en la mayoría de las células eucariotas hay intrones no traducidos.
4. Los eucariotas pueden reorganizar fragmentos de ADN de manera ordenada según las necesidades de las etapas de crecimiento y desarrollo, y también pueden aumentar el número de copias de ciertos genes en la célula cuando sea necesario. procariotas.
5. En los procariotas, las regiones reguladoras de la transcripción son muy pequeñas y la mayoría de ellas se encuentran no muy arriba del sitio de inicio de la transcripción. La unión de proteínas reguladoras a sitios reguladores puede promover o inhibir directamente la unión de la ARN polimerasa a ellos. En los eucariotas, las regiones reguladoras de la transcripción genética son mucho más grandes y pueden estar a cientos o incluso miles de pares de bases del promotor central. Aunque estas regiones reguladoras también pueden unirse a proteínas, no afectan directamente la aceptabilidad de la región promotora de la ARN polimerasa, pero sí afectan su interacción con la polimerización del ARN al cambiar la configuración del ADN de toda la región 5' aguas arriba del gen controlado. capacidad vinculante.
6. El ARN eucariota se sintetiza en el núcleo y sólo puede traducirse en proteína tras su transposición a través de la membrana nuclear y alcanzando la matriz citoplasmática. Los procariotas no tienen una separación espacial tan estricta.
7. Muchos genes eucariotas sólo pueden traducirse con éxito en proteínas después de una maduración y empalme complejos.
Los elementos básicos de la regulación de la transcripción genética incluyen regiones que actúan en cis, factores que actúan en trans y ARN polimerasa.
Los elementos que actúan en cis se refieren a las secuencias promotoras y reguladoras de los genes. Incluyen principalmente promotores, potenciadores, silenciadores, etc. Los factores de acción trans se refieren a proteínas o ARN que pueden unirse a elementos de acción cis para regular la expresión genética. Los procariotas tienen sólo una ARN polimerasa, mientras que los eucariotas tienen tres ARN polimerasas, que catalizan la transcripción de diferentes productos de ARN. Entre las tres ARN polimerasas en eucariotas, sólo la ARN polimerasa II puede transcribir precursores de ARN mensajero y traducirlos en productos proteicos según el principio del código triplete después del procesamiento. Aquí, discutimos principalmente la transcripción genética y el proceso regulatorio de la ARN polimerasa II.
Los promotores de genes eucarióticos constan de promotores centrales y promotores ascendentes. Es un conjunto de secuencias de ADN con funciones independientes dentro de 100~200 pb del sitio de inicio de la transcripción (1) y su 5' aguas arriba. Cada elemento tiene entre 7 y 20 pb de largo y es un elemento clave que determina el sitio de inicio de la transcripción de la ARN polimerasa II y la frecuencia de la transcripción.
1. El promotor central se refiere a la secuencia mínima de ADN necesaria para garantizar el inicio normal de la transcripción de la ARN polimerasa II, incluido el sitio de inicio de la transcripción y la región TATA de -25~-30 pb aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción. . Cuando el promotor central actúa solo, sólo puede determinar el sitio de inicio de la transcripción y producir la transcripción basal.
2. ¿Elemento promotor upstream (UPE)? Incluyendo la región CAAT (CCAAT) y la región GC (GGGCGG), que generalmente se encuentran cerca de -70 pb, puede regular la frecuencia de inicio de la transcripción y mejorar la eficiencia de la transcripción a través del complejo TF ⅱ d.
Incluye todas las secuencias de ADN desde el sitio de inicio de la transcripción de la ARN polimerasa II hasta el sitio de terminación de la transcripción.
La ARN polimerasa II es un tipo de proteína reguladora que puede unirse directa o indirectamente a la región TATA de la secuencia central del promotor e iniciar la transcripción. La ARN polimerasa II forma un complejo de iniciación de la transcripción con la ayuda de factores de transcripción. La ARN polimerasa II está compuesta por al menos 10~12 subunidades y el peso molecular relativo de cada subunidad es 1x 10 4 ~ 2,4x 10 5. Algunas subunidades también se utilizan en las polimerasas I y III.
4. Factores proteicos necesarios para la transcripción básica de la ARN polimerasa ⅱ (registrados como "TF ⅱ") En condiciones fisiológicas, los factores proteicos necesarios para la transcripción básica de la ARN polimerasa ⅱ forman un complejo de iniciación de la transcripción. Tf ⅱ d, TF ⅱ b y TF ⅱ f pueden formar un complejo primario con la ARN polimerasa ⅱ en el promotor y comenzar a transcribir el ARNm. Después de agregar TF ⅱ e y TF ⅱ h, se puede formar un complejo de transcripción completo para transcribir ARN de cadena larga. Agregar TF ⅱ a puede mejorar aún más la eficiencia de la transcripción. Cuando la ARN polimerasa ⅱ se desliza a lo largo de la plantilla, TF ⅱ d y TF ⅱ a permanecen en el sitio de inicio de la transcripción, y otros factores se mueven con la polimerasa hasta el extremo 3' del ADN plantilla. Actualmente existen dos hipótesis sobre cómo la ARN polimerasa II se integra en el complejo de iniciación de la transcripción para funcionar, una es la unión en un paso y la otra es la unión paso a paso.
Un potenciador se refiere a una secuencia de ADN que aumenta significativamente la frecuencia de transcripción del gen al que está conectado.
Los promotores y potenciadores eucariotas están compuestos por varios elementos de la secuencia de ADN, que a menudo están vinculados a genes funcionales específicos y, por lo tanto, se denominan elementos que actúan en cis. Estas secuencias constituyen las regiones reguladoras de la transcripción genética y afectan la expresión genética. En el proceso de regulación transcripcional, además de las regiones reguladoras, también se requieren factores de acción trans. Según sus diferentes funciones, los factores de acción trans a menudo se dividen en las siguientes tres categorías: factores de transcripción básicos con la función de reconocer elementos promotores; reguladores de la transcripción que pueden reconocer potenciadores o silenciadores y * * * que no participan a través de interacciones ADN-proteína. Reguladores de la regulación transcripcional.
En los experimentos, los dos primeros tipos de factores de acción trans suelen denominarse factores de transcripción (TF), incluidos los activadores y represores de la transcripción. Este tipo de proteína reguladora puede reconocer y unirse a secuencias aguas arriba o elementos potenciadores distales en el sitio de inicio de la transcripción, regular la actividad transcripcional a través de interacciones ADN-proteína y determinar la expresión específica espaciotemporal de diferentes genes.
* * *Los factores reguladores no tienen actividad de unión al ADN y afectan principalmente la conformación molecular de los factores de transcripción a través de interacciones proteína-proteína, regulando así la actividad de transcripción. En los experimentos, * * * los factores reguladores que tienen efectos sinérgicos con los activadores de la transcripción a menudo se denominan * * * activadores.
Todos los * * * activadores pueden reconocer sitios objetivo (promotores, potenciadores), y la especificidad del sitio objetivo está determinada por la secuencia específica del dominio de unión al ADN. El dominio de unión al ADN se une a una secuencia específica, acercando así el dominio de activación transcripcional del activador a la región de transcripción básica.
En campos relacionados con la botánica, los investigadores utilizan principios relevantes para construir vectores de transformación inducibles que contienen etiquetas. Primero, se diseña un promotor especial para asegurar la expresión constitutiva del factor de transcripción de fusión (incluido el dominio de unión al ADN, el dominio de activación de la transcripción y el dominio regulador del receptor). Una vez que se agregan pequeñas moléculas químicas al experimento, las moléculas pequeñas se unen al dominio regulador del receptor, lo que da como resultado un cambio conformacional en el factor de transcripción expresado por fusión y una transferencia desde la matriz citoplasmática al núcleo. La proteína de fusión puede reconocer y unirse específicamente al dominio de unión al ADN relevante, y el dominio de activación de la transcripción de la proteína puede activar la expresión de alto nivel de genes relacionados. (En pocas palabras, es un factor de transcripción que tiene tres dominios: 1. Se une al ADN, 2. Se une a la ARN polimerasa, 3. Se une a algunos factores reguladores químicos. Después de agregar algunas moléculas químicas pequeñas, el factor de transcripción se activa. activando así la expresión génica.
Factores de transcripción: TFⅱD en la región TATA, CTF en la región CAAT, SP1 en la región GGGCGG y HSF en la región de iniciación de la proteína de choque térmico. Se sabe que cada celda puede contener aproximadamente 60.000 SP1 y el contenido de CTF puede llegar a 300.000/celda.
Los factores de acción trans son proteínas que pueden reconocer o unirse directa o indirectamente a las secuencias centrales de varios elementos de acción cis y participar en la regulación de la eficiencia de la transcripción de genes diana. Los dominios de unión al ADN comunes incluyen dominios de unión a aminoácidos básicos, dominios de activación ácida, dominios ricos en glutamina (Q), dominios ricos en prolina (P), etc. Normalmente, los receptores regulados por ligandos tienen un dominio de unión al ADN y un dominio de activación transcripcional.
Sin embargo, los receptores de esteroles son generalmente factores de transcripción con dominios de unión al ADN conservados en el extremo N y dominios de unión a hormonas en el extremo C.
1. Las moléculas de proteína con estructura de hélice-giro-hélice (HTH) (esta estructura está diseñada para unirse al ADN) tienen al menos dos hélices α, y los residuos de aminoácidos de cadena lateral corta forman un "giro". punto" en el medio. La sustitución de residuos de aminoácidos cerca del extremo carboxilo de la hélice α afectará la unión de proteínas en el surco principal de la doble hélice del ADN. Las proteínas codificadas por genes homeobox, como el locus MAT del tipo de apareamiento de levadura y los genes reguladores que controlan el desarrollo de los somitas de Drosophila (antp, ftz, ubx), tienen estructuras HTH. Al interactuar con el ADN, la primera y segunda hélice de la proteína del homeodominio tienden a inclinarse hacia afuera y la tercera hélice se une al surco del ADN a través de su brazo redundante en el extremo N.
El homeodominio se refiere a un segmento de ADN que codifica 60 secuencias de aminoácidos conservadas, que se encuentra ampliamente en los genomas eucariotas. Debe su nombre a que fue clonado por primera vez a partir del locus homeótico de Drosophila (el producto genético de este locus determina el desarrollo del cuerpo). Los genes de transformación homólogos están estrechamente relacionados con el crecimiento, desarrollo y diferenciación de organismos biológicos. Muchos genes que contienen regiones de transformación homólogas tienen funciones reguladoras de la transcripción y es probable que las secuencias de aminoácidos de las regiones de transformación homólogas participen en la formación de regiones de unión al ADN. Como se muestra a continuación, las secuencias de ADN reconocidas por algunos factores de transcripción Oct-1 y Oct-2 que contienen regiones de transformación homólogas difieren sólo en una base de la secuencia central reconocida por Pit-1/GHF-1, mientras que Drosophila en, ftz y ubx productos genéticos Se puede reconocer exactamente la misma secuencia de ADN. El producto del gen Eve no sólo reconoce la misma secuencia que el primero, sino que también reconoce otra secuencia objetivo.
Oct-1 y Oct-2 se unen específicamente a la región de 8 bases en el promotor. Ambos contienen una región pou de 75 aminoácidos y una región de transición de homología de 60 aminoácidos. Aunque las homeoboxes en Oct-1 y Oct-2 son muy diferentes de la región de transformación homóloga clásica de Drosophila (solo 20 de los 60 aminoácidos son idénticos, más 8 sustituciones conservadoras), esta región es muy diferente entre estas dos regiones. conservados entre las proteínas (53 de los 60 aminoácidos son idénticos).
2. ¿Estructura de dedos de zinc? Las proteínas de la familia de estructuras de dedos de zinc se pueden dividir aproximadamente en estructuras de dedos de zinc, torsión de zinc y grupos de zinc. El número de residuos de aminoácidos entre los residuos de cisteína y histidina es básicamente constante y tiene actividad reguladora transcripcional solo cuando está involucrado el zinc. La estructura repetitiva de los dedos de zinc es una hélice α y una base de hoja β antiparalela con el átomo de zinc como centro, conectado a un par de cisteína y un par de histidina mediante la formación de enlaces de coordinación, y el anillo de zinc. Sobresale La lisina y la arginina participan en la unión al ADN.
Cada hélice α en la estructura de dedos de zinc puede reconocer específicamente de 3 a 4 bases. Utilizando las características de diferentes estructuras de dedos de zinc para reconocer secuencias de ADN específicas y el principio de que las nucleasas pueden cortar el ADN objetivo, los investigadores obtuvieron un nuevo tipo de endonucleasa de restricción llamada nucleasa de dedos de zinc (ZFN). De acuerdo con la característica de que se pueden reconocer diferentes secuencias de ADN cambiando las secuencias 7 X en la secuencia general de las estructuras de dedos de zinc, se diseñaron artificialmente hélices α que reconocen secuencias de ADN específicas y se utilizó TGEK como secuencia de conexión entre hélices para construir una Un par de dominios de dedos de zinc artificiales y la proteína de fusión Fok I (ZFN) hacen que las dobles cadenas de ADN se escindan en una región designada.
3. Cremallera básica de leucina, es decir, estructura bZIP. Una gran clase de proteínas de la familia C/EBP está presente en el hígado, el epitelio del intestino delgado, los adipocitos y algunas células cerebrales y se caracteriza por su capacidad para unirse a la región CCAAT y a potenciadores virales. Los 35 residuos de aminoácidos en el extremo carboxilo de las proteínas de la familia C/EBP pueden formar una hélice α, en la que hay un residuo de leucina por cada 6 aminoácidos, lo que da como resultado que el séptimo residuo de leucina aparezca en la misma dirección de la hélice. .
4. Hélice/bucle/hélice básica, es decir, la estructura bHLH puede estar formada por los 100 a 288 residuos de aminoácidos en el extremo carboxilo de las proteínas de unión al potenciador E12 y E47 de la inmunoglobulina. Gen de cadena ligera kappa. Dos hélices α anfipáticas separadas por un anillo no helicoidal.
Dominio de activación transcripcional
En eucariotas.
Las funciones de los factores que actúan en trans se complican por la regulación de las interacciones proteína-proteína, y las funciones reguladoras de la transcripción completas generalmente se logran en forma de complejos, lo que significa que no todos los factores de transcripción se unen directamente al ADN. Por lo tanto, la presencia o ausencia de un dominio de transactivación se convierte en la única base estructural para los factores que actúan en trans. Los factores de acción trans tienen diversas funciones y sus dominios de activación transcripcional generalmente dependen de 30 a 100 residuos de aminoácidos fuera del dominio de unión al ADN. Los diferentes dominios de activación de la transcripción suelen tener las siguientes estructuras características:
1. Estructura helicoidal cargada negativamente
2. Estructura rica en glutamina
3, estructura rica en prolina.
Basándose en el principio de interacción entre elementos que actúan en cis y factores que actúan en trans, los investigadores han desarrollado muchas tecnologías para regular la expresión genética. La última aplicación es TALEN (Talen = proteína de fusión nuclear foki efectora similar al activador de la transcripción), que utiliza 12 y 13 aminoácidos del péptido repetido de 34 aminoácidos del activador de la transcripción para reconocer específicamente las bases del ADN. La proteína TALE que puede reconocer la secuencia de bases objetivo se combina en serie y se fusiona con la endonucleasa FokI para expresarla, que puede cortar de 9 a 13 pb corriente abajo de la secuencia de reconocimiento específica, logrando así la función de eliminar genes endógenos específicos.
En eucariotas, los ajustes estructurales a nivel de la cromatina antes de la transcripción se denominan regulación epigenética de la expresión génica. Incluyen principalmente la modificación del ADN (metilación del ADN) y la modificación de histonas (acetilación y metilación de histonas).
Las últimas investigaciones en biología molecular muestran que la plantilla de ADN utilizada para sintetizar el ARN también sufre cambios regulares durante el desarrollo individual, regulando así la expresión genética y el desarrollo del organismo.
La formación de genes altamente repetitivos suele estar relacionada con ciertos cambios en el ADN durante la diferenciación individual. Por ejemplo, un glóbulo rojo maduro puede producir grandes cantidades de ARNm que puede traducirse en globina madura, mientras que sus células precursoras no producen globina. En muchos casos, este cambio se debe a cambios permanentes en el propio gen o en su número de copias. Este tipo de regulación del nivel de ADN es una forma de regulación del desarrollo eucariota, que incluye la eliminación, amplificación, reordenamiento y reemplazo de genes. A través de esta regulación, ciertos genes se pueden eliminar o transformar y se puede cambiar su actividad. Estos modos de regulación provocan cambios en el genoma y son distintos de la regulación de la transcripción y la traducción.
1. El impacto de la estructura de cromatina activa "abierta" en la transcripción. La transcripción activa de genes eucariotas se produce en la eucromatina. Antes de que se produzca la transcripción, la cromatina suele desenrollarse y relajarse en regiones específicas, formando ADN libre. Dichos cambios pueden incluir la eliminación o cambio de la estructura del nucleosoma, cambios en la estructura local del propio ADN o incluso un cambio de hélice derecha a hélice izquierda (ADN-Z). Estos cambios pueden conducir a la exposición de genes estructurales, promover la unión de factores de transcripción al ADN en la región promotora e inducir la transcripción genética. . Cuando se utilizó la ADNasa I para tratar la cromatina de varios tejidos, se descubrió que el ADN en estado activo era más susceptible a la degradación por la ADNasa I.
Se ha descubierto que la cromatina de genes expresados activamente contiene generalmente uno o varios sitios hipersensibles a la ADNasa I, la mayoría de los cuales están ubicados en la región promotora 5' del gen, y unos pocos están ubicados en otros posiciones. Sin embargo, el sitio correspondiente en el extremo 5' del gen inactivado no presenta hipersensibilidad a la ADNasa I. Algunas personas trataron el ADN cromosómico donde el gen se expresaba activamente con nucleasa SI, que corta específicamente el ADN monocatenario, y confirmaron que el ADN estaba hidrolizado, lo que indica que cuando el gen se expresaba activamente, algunas secuencias en la región promotora pueden disociarse en monocatenarios simples. hebras, de modo que no puede continuar envolviéndose alrededor del nucleosoma, lo que hace que el ADN en la región promotora quede "desnudo" en la superficie de la histona, formando un fenómeno de hipersensibilidad a la ADNasa I. La visualización en tiempo real anterior muestra que la generación de. Los sitios hipersensibles pueden deberse a la aparición de una estructura de cromatina como resultado de cambios regulares. Es precisamente debido a este cambio que el ADN se une fácilmente a factores reguladores de la transcripción como la ARN polimerasa, iniciando así la expresión genética, y es más fácilmente degradado por las nucleasas.
Existe evidencia de que la presencia de estructuras anulares en los cromosomas en cepillo de lámpara puede estar relacionada con la transcripción activa de genes.
2. Amplificación de genes
La amplificación de genes se refiere al fenómeno de que el número de copias de ciertos genes aumenta considerablemente.
Permite a las células producir una gran cantidad de productos genéticos en un corto período de tiempo para satisfacer las necesidades de crecimiento y desarrollo, y es una forma de regular la actividad genética.
3. Reordenamiento y transformación genética
Mover un gen desde un lugar alejado del promotor a un lugar cercano al promotor para iniciar la transcripción se denomina reordenamiento genético. . . O se unen varios fragmentos de genes distantes en el cromosoma mediante recombinación de ADN, produciendo así proteínas con actividad expresada.
La metilación del ADN es una de las primeras vías de modificación descubiertas. Puede existir en todos los organismos superiores y está estrechamente relacionada con la regulación de la expresión genética. Un gran número de estudios han demostrado que la metilación de DMA puede detener la actividad de ciertos genes, mientras que la desmetilación puede inducir la reactivación y expresión de genes. La metilación del ADN puede cambiar la estructura de la cromatina, la conformación del ADN, la estabilidad del ADN y las interacciones ADN-proteína, regulando así la expresión genética. Los estudios han confirmado que la metilación de la citosina en los dinucleótidos CpG causa más de 1/3 de las enfermedades genéticas causadas por la conversión de bases en el cuerpo humano.
1. Metilación del ADN
El fenómeno de modificación de la metilación del ADN existe ampliamente en muchos organismos. A nivel de los cromosomas, la metilación del ADN es mayor cerca de los centrómeros; a nivel de los genes, los niveles altos de metilación del ADN cubren la mayoría de los transposones, pseudogenes y pequeñas regiones codificantes del ARN. La metilación parece tener una fuerte regulación transcripcional de genes cortos pero sólo una regulación débil de genes largos. Los experimentos muestran que este proceso no solo está relacionado con la posición de inicio de la replicación del ADN y la corrección de errores, sino que también participa en la regulación del crecimiento celular, el desarrollo, la impresión cromosómica y la inactivación del cromosoma X mediante el cambio de la expresión genética. La metilación del ADN forma principalmente 5-metilcitosina (5-mC) y una pequeña cantidad de N6-metiladenina (N6-mA, donde 6 es un superíndice) y 7-metilguanina (7-mG). En eucariotas, la 5-metilcitosina aparece principalmente en las secuencias CpG CpXpG, CCA/TGG y GATC. Dado que la C en las secuencias de dinucleótidos CpG de organismos superiores suele estar metilada y es propensa a una desaminación espontánea para producir timina, la frecuencia de las secuencias de dinucleótidos CpG es mucho menor que la frecuencia calculada por la composición de nucleótidos. Debido a que estos dinucleótidos CpG generalmente se encuentran en cadenas de ADN, esta secuencia a menudo se denomina isla CpG.
Existen dos tipos de actividades metilasa en las células eucariotas: una se llama metiltransferasa diaria y la otra se llama metiltransferasa de novo. El primero metila principalmente la citosina correspondiente a la metilcitosina en la molécula de doble hebra de ADN metilada bajo la guía de la hebra madre doméstica (hebra plantilla). Esta enzima tiene una fuerte especificidad catalítica y una alta afinidad por el ADN hemimetilado, lo que permite que el ADN hemimetilado recién nacido se metatile rápidamente, asegurando así que el patrón de metilación permanezca sin cambios después de la replicación del ADN y la división celular. Este último cataliza CpG no metilado en mCpG sin la guía de la cadena original, pero la velocidad es muy lenta. Este tipo de metilasa es el principal factor que hace que genes específicos sean regulados por metilación, y juega un papel muy importante en los estudios metagenéticos de expresión génica.
2. El mecanismo por el cual la metilación del ADN inhibe la transcripción genética
La metilación del ADN provoca cambios conformacionales en el ADN en determinadas regiones, afectando así a la interacción entre la proteína y el ADN e inhibiendo la eficacia de unión de factores de transcripción al ADN en la región promotora. Los resultados muestran que cuando la histona H1 forma complejos con ADN metilado o no metilado que contiene secuencias CCGG, la configuración del ADN es muy diferente. Cuando la metilación alcanza un cierto nivel, se producirá un cambio del ADN convencional. ADN. Debido a la contracción de la estructura del ADN Z y la profundización de la hélice, muchos elementos que se unen a factores proteicos se contraen en el surco, lo que no favorece el inicio de la transcripción genética. Las personas utilizaron ADN con la misma secuencia pero diferentes niveles de metilación como materiales para comparar sus actividades como plantillas de transcripción de la ARN polimerasa. Se descubrió que la introducción de grupos metilo no conducía a la unión de las plantillas a la ARN polimerasa, reduciendo así su transcripción in vitro. actividad.
La 5-metilcitosina no se distribuye aleatoriamente en el ADN. Los extremos 5' y 3' de los genes suelen ser ricos en sitios de metilación. La densidad de metilación de las moléculas de ADN en la región promotora está estrechamente relacionada con la transcripción genética. El grado de inhibición está estrechamente relacionado.
Para los promotores débiles, una metilación rara puede inactivar completamente su actividad transcripcional. Cuando dichos promotores se potencian (con potenciadores), su actividad transcripcional puede restablecerse incluso en ausencia de desmetilación. Si la densidad de metilación aumenta aún más, incluso el promotor mejorado permanece transcripcionalmente inactivo. Debido a que el efecto inhibidor de la metilación en la transcripción está relacionado positivamente con la capacidad de MECP 1 (proteína 1 de unión a metil CpG) para unirse al ADN, el equilibrio entre la densidad de CpG metilado y la fuerza del promotor determina si el promotor es transcripcionalmente activo.
La metilación del ADN también aumenta la frecuencia de mutaciones en este sitio.
3. Metilación del ADN e inactivación del cromosoma X
La inactivación del cromosoma X es un mecanismo regulador único durante el desarrollo. En las hembras de los mamíferos vivíparos, uno de los dos cromosomas X se inactiva aleatoriamente en las primeras etapas del desarrollo para garantizar que la dosis de genes del cromosoma X sea la misma que en los machos con un solo cromosoma X.
El impacto de la acetilación de histonas en la expresión genética:
1. La composición básica de las histonas: las histonas son los componentes básicos de los nucleosomas y los nucleosomas son los componentes básicos de la cromatina. . El nucleosoma está compuesto por un octámero de histonas (que consta de dos tetrámeros que contienen H2a, H2b, H3 y H4) y ADN envuelto dos veces. Hay una brecha de 20-200 BP entre nucleosomas adyacentes. Bajo un microscopio electrónico, una fila de nucleosomas parece una cadena de cuentas, cada una de aproximadamente 10 nm de diámetro. Otra histona, H1, se une al exterior del núcleo del nucleosoma y desempeña un papel en la estabilización de las secuencias de nucleosomas y la estructura de orden superior de la cromatina.
2. Acetilación y desacetilación de histonas centrales
La parte N-terminal de las histonas centrales que mira hacia afuera se llama "cola", y puede ser desacetilada y desacetilada por las histonas acetiltransferasas. La modificación de la acetiltransferasa agrega o elimina grupos acetilo. La siguiente figura muestra los principales sitios de modificación informados para la "cola" N-terminal de las histonas.
3. Histona acetiltransferasa
La histona acetiltransferasa cataliza la acetilación de las histonas. Hay dos tipos principales de HAT descubiertos hasta ahora: uno está relacionado con la transcripción y el otro está relacionado con el ensamblaje de nucleosomas y la estructura de la cromatina. HAT no es una proteína de unión a la cromatina, pero puede afectar la estructura de la cromatina al interactuar con otras proteínas. Muchos activadores transcripcionales tienen actividad HAT. La subunidad catalítica HAT relacionada con la transcripción es un homólogo de la proteína GCN5 regulada por levaduras, que a su vez tiene la actividad de acetilar las histonas H3 y H4.
La histona acetiltransferasa TAFⅱ250 es una subunidad del complejo TFⅱD. Su función principal es unirse a promotores para ayudar a iniciar la transcripción y acetilar las histonas H3 y H4. El activador transcripcional PCAF también puede acetilar estas dos histonas. La histona acetiltransferasa p300/CBP también es un activador transcripcional que regula la transcripción al interactuar con proteínas de unión a potenciadores e histonas acetiladas H2a, H2b, H3 y H4. ACTR es un activador transcripcional que tiene sinergia con receptores hormonales y una histona acetiltransferasa que actúa sobre H3 y H4.
4. Desacetilación de histonas
La histona desacetilasa (HDAC) es la encargada de eliminar los grupos acetilo de las histonas. Actualmente, se estudian intensamente HDAC1 en humanos y Rpd3 en levaduras. HDAC y Rpd3 forman un gran complejo proteico para funcionar. Rpd3 puede eliminar específicamente los grupos acetilo de las histonas, acercar los nucleosomas entre sí e inhibir la transcripción genética bajo el efecto sinérgico de los inhibidores de la transcripción Sin3 y r.
5. Efectos de la acetilación y desacetilación de histonas sobre la expresión génica
Las histonas acetiltransferasas y desacetilasas afectan a los genes acetilando y desacetilando las histonas Express. La acetilación de residuos de lisina en la "cola" N-terminal de las histonas neutraliza la carga positiva de las colas de histonas, reduce la afinidad por el ADN y conduce a cambios en la conformación de los nucleosomas que favorecen la unión de las proteínas reguladoras de la transcripción a la cromatina. mejorando así la actividad de la transcripción genética.
La regulación de la expresión de genes eucariotas mediante la metilación de histonas
El silenciamiento génico (también conocido como silenciamiento de ARN) se refiere a la inducción y eliminación del ARN bicatenario en células eucariotas. para ARN anormal. Generalmente, el silenciamiento génico se puede dividir en silenciamiento génico transcripcional y silenciamiento génico postranscripcional.
La interferencia por ARN (ARNi) se refiere a la degradación eficiente y específica del ARNm homólogo inducida por ARN bicatenario (ARNds). Debido a que la tecnología de ARNi puede reducir o desactivar específicamente la expresión de genes diana, se usa ampliamente en el campo de la terapia génica para explorar funciones y enfermedades genéticas.
1. ARN de interferencia pequeño (ARNip):
Los experimentos han demostrado que la eficacia de interferencia del ARN bicatenario en la expresión de genes endógenos es mucho mayor que la del ARN monocatenario. El verdadero ARN silenciador debería ser el ARN bicatenario. Además, el estudio también encontró que el ARN exógeno introducido solo tenía una alta eficiencia de silenciamiento para genes homólogos, lo que sugiere que es posible que necesiten formar la base para el emparejamiento. En 2000, la investigación de RNAi logró avances importantes y reveló muchas características importantes del fenómeno RNAi mediado por dsRNA. Los investigadores desarrollaron un sistema de investigación de ARNi in vitro basado en extractos de células de Drosophila. Se descubrió que, independientemente de si existe el ARNm objetivo, la cadena antisentido del ARNbc exógeno introducido se cortará en pequeños fragmentos de 21 a 23 nt, y el ARNm objetivo correspondiente se degradará en fragmentos con una diferencia de longitud de 21 a 23 nt. lo que indica que es probable que esta degradación esté mediada por un pequeño fragmento de 21~23nt. Actualmente, el pequeño ARN que media este fenómeno de silenciamiento se denomina ARN (small interfering RNA, siRNA).
2. Biosíntesis de ARNip
El ARN viral y el ARN exógeno introducido por factores ambientales y experimentales pueden ser la fuente de ARNip. Además, los segmentos genómicos repetitivos, los transposones y otras secuencias también pueden generar ARNip. Suele ser un pequeño ARN bicatenario con una longitud de 21 nt, de los cuales 19 nt forman una doble hebra pareada, con dos secuencias de nucleótidos no apareadas en el extremo 3' y un grupo fosfato en el extremo 5'. Uno de ellos es la cadena guía, que media en la degradación del ARNm. La otra cadena es la cadena pasajera y se degrada antes de que el ARNip pueda formar un complejo funcional.
El proceso de producción de ARNip incluye principalmente tres pasos principales: 1. Cortar con Dicer para formar pequeños fragmentos bicatenarios
2. >3, formando un complejo silenciador inducido por ARN activo (RISC).
(1)¿Corte en cubitos? Dicer es una proteína RNasa ⅲ, que incluye principalmente un par de dominios RNasa ⅲ, un dominio de unión a ARN bicatenario, un dominio de helicasa y un dominio PAZ. El dominio PAZ puede unirse a los dos nucleótidos desapareados 3' del ARN bicatenario. Dos dominios RNasa ⅲ forman una estructura de dímero intramolecular y cada dominio cataliza la rotura de una hebra, lo que da como resultado la rotura de la doble hebra. Los estudios de biología estructural han demostrado que la distancia entre el dominio PAZ y el punto de escisión catalítica de la RNasa ⅲ es de aproximadamente 6,5 nm, lo que equivale a una longitud de más de 20 nucleótidos. Por lo tanto, el propio Dicer se puede utilizar como regla de corte para cortar ARNip con una longitud de 21 a 23 nt.
②¿Consejo R2D2? La carga de ARNip requiere la ayuda de la proteína de unión a ARN bicatenario R2D2. R2D2 contiene dos dominios de unión de ARN bicatenario en tándem. Se informa que R2D2 puede unirse a un extremo de ARN pequeño bicatenario y tiene una alta estabilidad térmica.
(¿Ensamblaje y maduración de RISC?
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Mona (nombre femenino)
Expresión de genes eucariotas en otros Niveles de regulación
Regulación de la transcripción génica mediante fosforilación de proteínas