About this video

• Video Title: Seminario 5 Regulación de la expresión génica II - Sebastian Giusti
• Channel: Biología Molecular y Genética FMED - UBA
• Speakers: Sebastian Giusti
• Duration: 57:18

Overview

This video is the second part of a seminar on gene expression regulation, focusing on post-transcriptional, translational, and post-translational levels. It revisits previous topics on pre-transcriptional and transcriptional regulation before delving into RNA processing, export, stability, and protein activity regulation. Key concepts include RNA processing (capping, polyadenylation, splicing), alternative splicing, mRNA stability mechanisms, and post-translational modifications.

Key takeaways

• Post-transcriptional Regulation: This seminar focuses on gene expression regulation after transcription, including RNA processing, mRNA export, and stability.
• RNA Processing: Key RNA processing steps discussed are capping of the 5' end, polyadenylation of the 3' end, and splicing (removal of introns and joining of exons).
• Splicing: Eukaryotic genes are discontinuous, meaning they contain introns (removed) and exons (retained). Splicing is a precise process mediated by the spliceosome, a complex of snRNPs.
• Alternative Splicing: The same gene can produce different mRNA variants and protein isoforms through alternative splicing, depending on the cell type and developmental stage. This expands the coding capacity of the genome.
• mRNA Stability: The lifespan of mRNA molecules varies, influenced by factors like the 5' cap, poly-A tail, and binding proteins. MicroRNAs (miRNAs) play a crucial role in regulating mRNA stability and translation.
• Post-translational Regulation: Protein activity can be regulated by modifications (e.g., phosphorylation) or degradation (ubiquitin-proteasome system). These mechanisms allow for rapid cellular responses.
• Quality Control: Mechanisms like nonsense-mediated decay (NMD) ensure that only functional transcripts and proteins are produced, preventing the accumulation of truncated or non-functional molecules.

Guía de Estudio: Regulación de la Expresión Génica II

Este documento resume los puntos clave del Seminario 5 sobre Regulación de la Expresión Génica II, impartido por Sebastian Giusti. Se abordan los niveles postranscripcional, traduccional y postraduccional de la regulación génica, complementando la información de la clase anterior.

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I. Introducción y Recapitulación

• Enfoque de la Clase: Regulación postranscripcional, traduccional y postraduccional.
• Clase Anterior: Se centró en la regulación pretranscripcional y el inicio de la transcripción. Se discutió cómo la condensación de la cromatina y los factores de transcripción influyen en la accesibilidad del ADN y la frecuencia de transcripción.

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II. Propiedades del ARN

Las moléculas de ARN presentan características únicas que influyen en su regulación:

• Labildad: Son menos estables que el ADN y se degradan fácilmente por nucleasas.
• Estructura Tridimensional: Adoptan conformaciones complejas, lo que permite el reconocimiento molecular específico con otras moléculas (proteínas, ARN, ADN).

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III. Procesamiento del ARN Mensajero Eucariota

El transcripto primario sufre modificaciones para convertirse en ARN mensajero maduro, listo para la exportación y traducción. Estos procesos ocurren co-transcripcionalmente:

1. Modificación del Extremo 5' (Capping):

   • Se añade un nucleótido de guanosina modificado (metilado) mediante un enlace 5'-5'.
   • Funciones: Protección contra exonucleasas, exportación nuclear y reconocimiento por la maquinaria de traducción.

2. Corte y Empalme (Splicing):

   • Los genes eucariotas son discontinuos, compuestos por exones (secuencias codificantes) e intrones (secuencias no codificantes).
   • El splicing remueve los intrones y une los exones.
   • Maquinaria: El espliciosoma, un complejo de ribonucleoproteínas (formado por ARNs pequeños nucleares - snRNP), reconoce secuencias consenso (sitio dador, sitio aceptor, sitio de ramificación) y cataliza el corte y empalme.
   • Ribozimas: Los ARNs pequeños nucleares dentro del espliciosoma tienen actividad catalítica.

3. Modificación del Extremo 3' (Poliadenilación):

   • Una señal de corte (secuencia AAUAAA) en el transcripto primario es reconocida por enzimas.
   • Se produce un corte y luego la poli(A) polimerasa añade una cola de cientos de nucleótidos de adenina (cola de poli(A)).
   • Funciones: Protección contra exonucleasas, exportación nuclear y participación en la traducción.

Splicing Alternativo:

• Permite generar diferentes isoformas de ARNm y proteínas a partir de un mismo gen.
• Una secuencia puede actuar como exón en un tejido y como intrón en otro.
• La regulación depende de la presencia de proteínas reguladoras del splicing que interactúan con secuencias consenso débiles o fuertes.

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IV. Exportación y Calidad del ARNm

• El ARNm maduro, junto con proteínas de unión (complejo de unión al CAP, proteínas de unión a la cola de poli(A), complejos de unión a exones), se exporta del núcleo al citosol.
• Esta asociación proteica funciona como un control de calidad, asegurando que solo ARNm intactos y correctamente procesados sean traducidos.
• Degradación por Codones de Stop Prematuros (Nonsense-Mediated Decay - NMD): Los ARNm con codones de stop prematuros son detectados y degradados para evitar la producción de proteínas truncas. El ribosoma, en su primer paso de traducción, interactúa con los complejos de unión a exones; si estos no se remueven (debido a un stop prematuro), se reclutan exonucleasas que degradan el ARNm.

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V. Regulación de la Estabilidad del ARNm

• La vida media de los ARNm varía y está regulada activamente.
• Factores:
  • Complejos de unión al CAP y a la cola de poli(A).
  • Proteínas de unión a ARN (RBPs) que pueden conferir estabilidad o inestabilidad.
  • MicroARNs (miRNAs): Pequeños ARNs no codificantes que, asociados al complejo RISC, se unen a secuencias complementarias en el extremo 3' UTR del ARNm. Esto puede reprimir la traducción y/o inducir la degradación del ARNm. Los miRNAs actúan como "ecualizadores" finos de la expresión génica.
• Fenómeno de Interferencia de ARN (RNAi): Mecanismo general que explica cómo los ARN pueden interferir con la expresión génica.

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VI. Regulación de la Estabilidad y Actividad de las Proteínas (Regulación Postraduccional)

• Activación de Proteínas: Muchas proteínas requieren modificaciones postraduccionales (ej. fosforilación) o la unión a ligandos para volverse activas. Estos mecanismos permiten respuestas celulares rápidas (segundos a minutos).
• Degradación de Proteínas (Sistema Ubiquitina-Proteasoma):
  • La ubiquitina se conjuga a proteínas sustrato (poliubiquitinación) a través de enzimas (E1, E2, E3 ligasas).
  • Las E3 ligasas determinan la especificidad del sustrato.
  • Las proteínas poliubiquitinadas son reconocidas y degradadas por el proteasoma.
  • Ejemplo: Regulación de ciclinas en el ciclo celular.

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VII. Conclusiones Generales

La regulación de la expresión génica es multifacética:

• Regulación del Nivel del Producto Génico: Controla la cantidad de producto (ej. regulación pretranscripcional, de inicio de transcripción, acción de miRNAs).
• Regulación de la Actividad del Producto Génico: Modifica la función del producto una vez formado (ej. modificaciones postraduccionales).
• Regulación de la Calidad del Producto Génico: Asegura la producción de variantes funcionales correctas (ej. splicing alternativo) y la eliminación de productos defectuosos (ej. NMD, degradación de ARNm, degradación de proteínas).

Los diferentes mecanismos de regulación operan en distintas escalas temporales, desde respuestas rápidas (postraduccional) hasta procesos más lentos (regulación de cromatina).