BC 2020 Seminario 4 versión online V1

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SEMINARIO 4
BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR AÑO 2020
Regulación de la 
expresión génica – parte II
A la hora de jerarquizar información 
presten siempre atención a los 
objetivos planteados por el plantel.
Objetivos específicos
Los seminarios 3 y 4 (Regulación de la 
expresión genética, partes I y II), forman una 
unidad temática. Los objetivos generales de 
la misma están listados en el seminario 3.
3- Identificar los procesos moleculares del procesamiento del ARN mensajero, 
de transferencia y ribosomal.
Que los estudiantes puedan:
2- Relacionar las propiedades de las moléculas de ARN (labilidad, formación de 
estructuras secundarias) con los procesos biológicos que permiten regular su 
estabilidad e interacción con otras biomoléculas.
1- Reconocer diferentes aspectos sobre los que opera la regulación de la 
expresión génica: cantidad, actividad y tipo de producto génico, y controles 
calidad de esos productos.
A la hora de jerarquizar información 
presten siempre atención a los 
objetivos planteados por el plantel.
Objetivos específicos
4- Entender al corte y empalme alternativo de exones (splicing alternativo) como 
un proceso que aumenta la capacidad codificante del genoma y conocer los 
mecanismos moleculares que lo posibilitan.
Que los estudiantes puedan:
5- Conocer los mecanismos de regulación de la expresión génica sobre los 
polipéptidos: Regulación de la traducción, estabilidad y actividad de proteínas.
Los seminarios 3 y 4 (Regulación de la 
expresión genética, partes I y II), forman una 
unidad temática. Los objetivos generales de 
la misma están listados en el seminario 3.
Se analizarán en 
el este seminario
Puntos de regulación de la expresión genética
Diversas manifestaciones de la regulación de la expresión génica
Ejemplos: Regulación pre-transcricional, regulación del
inicio de la transcripción (vistos en el Seminario 3),
regulación de los niveles de ARNm mediante
microARNs
¿Qué aspectos están sujetos a la regulación?
2- Mecanismos que regulan la actividad de un producto génico
Ejemplos: Regulación de la
actividad de proteínas mediante
modificaciones post-traduccionales.
1- Mecanismos que regulan el nivel (cantidad) de un producto génico
Algunos conceptos generales importantes en este Seminario 
Diversas manifestaciones de la regulación de la expresión génica
Ejemplos: Corte y empalme alternativo
de exones (Splicing alternativo).
¿Qué aspectos están sujetos a la regulación?
Ejemplos: Modificaciones de los extremos 5’ y
3’ del ARNm, degradación del ARNm por
secuencias de terminación prematura (NMD),
degradación de proteínas mal plegadas.
3- Mecanismos que regulan el tipo (cualidad) de producto génico 
4- Control de calidad de un producto génico
Algunos conceptos generales importantes en este Seminario 
• Las células poseen agrandes cantidades de enzimas que
degradan ARN (endo- y exonucleasas).
• La estabilidad de las moléculas de ARN es regulada a
través de diversos mecanismos moleculares que
activamente confieren protección o desprotección frente
a esas enzimas
Propiedades de las moléculas de ARN
A diferencia de las moléculas de ADN, las moléculas de ARN son lábiles
Ejemplos de endo-
y exonucleasas de ARN:
Algunos conceptos generales importantes en este Seminario 
• Gracias a su conformación tridimensional compleja, las moléculas de ARN pueden
ser reconocidas por diversas enzimas y proteínas de manera específica
• Además, pueden reconocer específicamente otros ácidos nucleicos mediante la
complementariedad de bases
Propiedades de las moléculas de ARN
Las moléculas de ARN adoptan forman tridimensionales relativamente estables 
denominadas ‘estructuras secundarias’
Algunos conceptos generales importantes en este Seminario 
Clase de ARN Función
Síntesis de proteínas
mARN Mensajero. Codifica proteínas
tARN Transferencia. Transfiere aminoácidos al ribosoma durante la síntesis 
proteica
rARN Ribosomal. Forma parte de la estructura de los ribosomas y catalizan la 
síntesis de proteínas
Procesamiento de otros ARNs
snARNs ‘Small nuclear’ (pequeños* nucleares), catalizan las reacciones del splicing
del mARN.
snoARNs ‘Small nucleolar’ (pequeños* nucleolares).Procesan y modifican 
químicamente al rARN
…
*pequeños: Menos de 200 nucletidos
Las células poseen distintas clases de ARN
Clase de ARN Función
Con funciones reguladoras de la expresión génica
miARN MicroARNs (~20nt). Regulan negativamente la traducción y estabilidad de 
los mARNs.
piARNs ARNs asociados a proteínas Piwi (~28nt). Participan del silenciamiento de 
transposones.
lncARN ‘Long non-coding’ (largos no codificantes). Regulan la expresión génica. 
Participan, entre otros procesos, en la inactivación del cromosoma X y en 
el imprinting.
Otros
SRP-ARN ARN de la ‘Signal recognition particle’ (Partícula de reconocimiento de la 
señal), participa del proceso de localización de proteínas.
TERC ‘Telomerase RNA component’. Componente de ARN de la telomerasa
Las células poseen distintas clases de ARN
Los ARNs largos no codificantes (lncARNs) participan de la regulación pre-
transcripcional guiando a la maquinaria epigenética a lugares específicos del genoma.
Un ejemplo de gran relevancia biológica es la inactivación epigenética del
cromosoma X mediada por el lncARN denominado Xist
La regulación pre-transcripcional mediada por ARNs
lncARN
Relacionar con los procesos 
epigenéticos analizados en 
el seminario 3
El complejo represivo Polycomb 2 (PRC2) posee
actividad de metiltransferasa de histonas. Esta
actividad enzimática reside en la subunidad EZH2
Ejemplos de lncARNs:
• Hotair
• ANRIL
• Xist
Genes regulados
Procesamiento del ARNm eucariota 
Procesamiento del mARN eucariota
▪ Modificación del extremo 5’
▪ Corte y emplame de exones
(Splicing)
▪ Modificación del extremo 3’
Referido al conjunto de modificaciones que sufre el transcripto primario
(producto de la transcripción por la ARN polimerasa II) hasta convertirse
en el transcripto maduro, que es ARNm listo para ser exportado al citosol.
Consta de tres procesos moleculares:
Procesamiento del mARN eucariota
El procesamiento es co-transcripcional: Las enzimas y proteínas que 
intervienen en el procesamiento están acopladas a la ARN polimerasa II y 
actúan de manera simultánea al proceso de transcripción.
Modificación del extremo 5’ del transcripto primario
Agregado de la caperuza (Capping)
Unión covalente 5’ a 5’ de 7-metilguanosina (caperuza o cap) 
▪ Evita la degradación por exonucleasas
▪ Permite el transporte a través de los poros nucleares
▪ Interactúa con la subunidad menor del ribosoma durante la traducción
Modificación del extremo 5’ del transcripto primario
Agregado de la caperuza (Capping)
CBC: 
Complejo de unión a la caperuza
Corte y empalme de exones: Splicing del mARN
Los genes eucariotas son discontinuos
En promedio los exones poseen un tamaño de 120 nucleótidos.
En cambio, los intrones suelen ser más largos y variables respecto de su longitud 
(100 – 100.000 nucleótidos).
Secuencias consenso del splicing
Exón ExónIntrón
Corte y empalme de exones: Splicing del mARN
Estructura del snRNP U6
• Los ARNs pequeños nucleares (snARNs)
U1, U2, U4, U5 y U6, reconocen por 
complementariedad de bases las 
secuencias consenso del splicing.
El spliceosoma reconoce las secuencias consenso y cataliza las reacciones del splicing
Corte y empalme de exones: Splicing del mARN
Ejemplos de ARNs pequeños nucleares
• Se denomina spliceosoma al conjunto de los 5 snRNPs
• Los snARNs se asocian con proteínas formando 
ribonucleoproteínas pequeñas nucleares 
(snRNPs o ‘snurps’)
Mecanismos moleculares
Cada evento de splicing remueve un intrón, e involucra dos reacciones 
secuenciales conocidas como transesterificaciones. En cada una de ellas hay una 
ruptura y una formación de enlaces covalentes.
Corte y empalme de exones: Splicing del mARN
El complejo de unión 
a exones (EJC) es un 
complejo proteicoque 
queda asociado al 
sitio de empalme 
entre exones
Splicing alternativo
• Es muy frecuente: Ocurre en más del 75% de los genes humanos 
• Se generan isoformas de una proteína
El splicing puede ocurrir con variaciones entre distintos tejidos 
o en momentos diferentes del desarrollo
Splicing alternativo
Ejemplo: Gen de tropomiosina
Las variantes de splicing son usualmente tejido específicas o 
características de distintas etapas del desarrollo (fetal vs. adulto, por ejemplo) 
El splicing alternativo aumenta la capacidad codificante del genoma
Splicing alternativo
Tipos de splicing alternativo
Salteo de exón
Utilización de sitio consenso 5’ alternativo
Retención de intrón
Utilización de sitio consenso 3’ alternativo
Exones mutuamente excluyentes
Splicing alternativo
Los mecanismos del splicing alternativo: Proteínas reguladoras del splicing
En la regulación negativa la 
presencia de un represor (R) 
tejido específico impide la 
remoción de un intrón.
TEJIDO 1 TEJIDO 2
TEJIDO 1 TEJIDO 2En la regulación positiva, 
un activador (A) tejido 
específico induce la remoción 
de un intrón que no se 
produciría en ausencia de 
dicho activador.
Modificación del extremo 3’ del transcripto primario
Clivaje y poliadenilación
Las PABPs (poly-A binding proteins) 
regulan la estabilidad del mARN
y el inicio de la traducción 
Secuencias presentes en el ARNm maduro
5’UTR: 
región 5’ no traducida 
(UnTranslated Region)
3’UTR: 
región 3’ no traducida 
(UnTranslated Region)
Secuencia codificante (CDS): Comprende 
desde el codón de inicio de la traducción 
(AUG) hasta el codón STOP
Cola de poli-A
Caperuza
Las regiones 5’UTR y 3’UTR contienen secuencias que regulan la estabilidad del mARN
Exportación del mARN maduro al citosol
• Las proteínas asociadas al mARN luego de su procesamiento permiten la correcta
exportación al citosol y el inicio de la traducción.
• Una consecuencia del procesamiento del mARN es su asociación con diferentes proteínas. 
Por ejemplo, el CBC se une luego de la modificación del extremo 5’, las proteínas de unión a 
poli-A (PABPs) luego de la modificación del extremo 3’ y EJC luego de cada evento de 
splicing.
• En particular, los factores de inicio de la traducción (eIF4G y eIF4E) interactúan con los
factores proteicos en extremos opuestos del mARN, permitiendo que sólo los mARN
completos y correctamente procesados sean traducidos (control de calidad del
producto génico).
Procesamiento del ARNs ribosomales
y ARNs de transferencia
Los rARNs en los ribosomas
Los rARNs en los ribosomas
Poseen funciones estructurales y catalíticas
Transcripción y procesamiento de los rARNs
Ocurren en el nucleolo
Precursor 45S 
transcripto por ARN pol I
5S transcripto por 
ARN pol III
Transcripción y procesamiento de los rARNs
Los snoARNs guían el procesamiento del rARN
snoARNs
(small nucleolar RNAs)
Genes de rARNs
Hay aprox. 200 copias de genes de rARN por genoma haploide
El nucleolo
Expresión morfológica de la transcripción del rARN desde los organizadores nucleolares 
y su maduración posterior
• Componentes de tinción pálida: ADN del organizador nucleolar
• Componente fibrilar: transcriptos 45S
• Componente granular: zona ensamblaje de ribosomas
Transcripción y procesamiento de los tARNs
Son transcriptos por la ARN polimerasa III 
Transcripción y procesamiento de los tARNs
Los cuatro pasos del procesamiento del tARN ocurren en el nucleolo
Regulación de la estabilidad de los ARNm
mARN de c-myc 15 min
Los mARN eucariotas poseen diferentes estabilidades
Inestables (vidas medias de pocos minutos)
Muy estables (vidas medias de varias horas)
Proteínas de control de ciclo celular,
Proto-oncogenes, citoquinas
Proteínas abundantes de 
importancia funcional
mARN de ciclina D1 30 min
mARN de colágeno α1 (I) >24 hs
mARN de β-globina 10-20hs
La degradación del mARN está mediada por diversas endo- y exo-ARNasas 
codificadas en el genoma
• La union de proteínas de union a ARN (RBPs) a los elementos ricos en AU (AREs)
situados en los 3’-UTR regulan la estabilidad y/o la traducción de los mARNs
Elementos que regulan la estabilidad y la traducción del mARN
• PABPs unidas a cola de poli-A
• Caperuza (Cap) en extremo 5’
Degradación
Inhibición de la traducción
Estabilización
RISC
(RNA induced 
silencing complex): 
Complejo efector guiado por el miARN
AGO AGO
AAAAA
 21 nucleotidos
Los efectos de la unión de RISC al mARN diana son:
• Represión de la traducción
• Degradación del mARN
El genoma humano posee
alrededor de 2300 genes de 
diferentes miARNs
microARNs
Familia de ARNs pequeños que funcionan como reguladores post-transcripcionales de la 
expresión génica
• Los miARNs contribuyen a la regulación fina de los 
niveles de expresión de ARNm específicos
• El mecanismo de regulación se denomina 
fenómeno de interferencia de ARN
• Los sitios de unión de los miARNs se encuentran
frecuentemente en los 3’UTR de los mARN diana.
• Cada miARN guía al complejo efector RISC a mARN diana
específicos mediante complementariedad de bases.
Biogénesis: Transcripción y procesamiento de los miARNs
microARNs
PARA PROFUNDIZAR
NMD (Nonsense-mediated decay)
▪ Codones STOP prematuros, producidos por mutaciones o errores fortuitos en la 
transcripción, inducen una degradación rápida del mARN
ORF
5’
3’-UTRstop
Estabilidad normalAAAAAAAA
NMDORF
5’
3’-UTRstop
AAAAAAAA
stop 
prematuro
Degradación del ARNm por secuencias de terminación prematura 
▪ Es un mecanismo de ‘control de calidad’ del mARN
EJC : Exon junction complex
Mecanismo molecular de NMD: La falla en la remoción de algunos EJC durante el
primer evento de traducción en aquellos ARNm con codones STOP prematuros, 
induce la desestabilización y degradación del transcripto.
Degradación del ARNm por secuencias de terminación prematura 
Regulación de la traducción, de la estabilidad y 
actividad de proteínas
Inicio de la traducción
Las funciones de los factores de iniciación de la traducción (eIFs)
Traducción simultánea de un mARN
Polisoma o polirribosoma
Saber qué es y cómo se produce el
proceso de traducción es un
conocimiento previo requerido para
abordar este contenido, que está
centrado en la REGULACIÓN de ese
proceso.
Control traduccional negativo mediado por proteínas que se unen al mRNA
La proteína aconitasa unida 
al extremo 5’UTR impide la 
traducción del mRNA de 
ferritina
Ejemplo: Regulación de la traducción de la proteína ferritina (almacenadora de 
iones Fe2+) por medio de la proteína regulatoria aconitasa, dependiente de las 
concentraciones de hierro
AUSENCIA DE HIERRO
PRESENCIA DE HIERRO
La unión del hierro a la 
aconitasa reduce la afinidad 
de la proteína por el mARN, 
permitiendo la traducción de 
la ferritina
El plegamiento de las proteínas
Las chaperonas son una clase especial de proteínas que aceleran el plegado 
correcto de otras proteínas
La mayoría de las chaperonas eucariotas pertenece a dos familias proteicas: 
hsp 70
hsp 60
(‘heat shock protein’)
hsp 70
hsp 60 
El plegamiento de las proteínas
Las proteínas que no se pliegan correctamente son finalmente degradadas
Regulación post-traduccional
ubiquitina
ubiquitin-ligasas
Degradación por la vía ubiquitina-proteasoma
Regulación post-traduccional
Degradación por la vía ubiquitina-proteasoma
Complejo proteico con actividades de proteasa 
ATP-dependiente, muy abundante en las células
Regulación post-traduccional
Degradación por la vía ubiquitina-proteasoma
Ejemplo:
La degradación de ciclinas -que regulan la
actividad de las kinasas que promueven
progresión del ciclo celular- está mediada por la
vía ubiquitina-proteasoma.
La regulación de la estabilidad de las proteínas
tiene efectos rápidos en las células (en el rango
temporal de los minutos)
En general, las regulaciones post-traduccionales
suelen ser tener efectos en el corto plazo
Regulación post-traduccional
Mecanismosmoleculares que regulan la actividad de las proteínas
Regulación post-traduccional
Mecanismos moleculares que regulan la actividad de las proteínas
Ejemplo:
La fosforilación de las helicasas
(Mcm2-7) las activa y permite la
apertura de la burbuja de replicación
durante la fase S del ciclo celular.
La kinasa responsable de la
fosforilación de la helicasa es la
kinasa dependiente de ciclina
característica de la fase S (S-Cdk)
En general, las regulaciones post-
traduccionales suelen ser tener 
efectos en el corto plazo
Otro ejemplo es la modificación de la
afinidad de la aconitasa por el mARN de
ferritina dependiente de la unión de
iones de hierro, visto en la diapositiva 47
FIN
SEMINARIO 4 
BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR AÑO 2020
Portada de la revista Science del año 2015 cuando se reportó la 
estructura molecular del spliceosoma