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¿Cuántos factores de transcripción existen?

¿Cuántos factores de transcripción existen?


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En biología molecular y genética, un factor de transcripción es una proteína que se une a secuencias específicas de ADN, controlando así el flujo (o transcripción) de información genética desde el ADN hasta el ARN mensajero.

Mi pregunta es simplemente cuántos factores de transcripción hay en los genomas de:

  • Humanos
  • Anopheles gambiae (o sus parientes taxonómicos cercanos)
  • Menos priorizado: cualquier otra especie

Esta es la base de datos Curada de factores de transcripción humanos y de ratón. Y este es el artículo en el que describen cómo curaron la base de datos. En resumen, hay 3230 TF de ratón putativo, 1200 de los cuales se describen en artículos científicos.


Como el número de TF humanos se ha discutido en las respuestas anteriores, me limitaré a Anopheles gambiae.

En el mismo número de Ciencias en el que Holt et al. publicó una secuencia del genoma para Anopheles gambiae (1), Zdobnov y col. publicó una comparación de la A. gambiae y Drosophila melanogaster genomas. (2) Mientras que las dos especies divergieron hace unos 250 millones de años, y el D. melanogaster El genoma es aproximadamente el doble del tamaño del A. gambiae genoma, las dos especies todavía muestran amplias similitudes y un número similar de proteínas.

Los autores identificaron 6089 pares de proteínas como "ortólogos claros", correspondientes al 47% y 44% de las proteínas Anophelesand y Drosophila, respectivamente. Por tanto, uno podría tener la tentación de estimar el número de TF en A. gambiae tan similar a eso en D. melanogaster. Para este último, la base de datos FlyTF (http://www.mrc-lmb.cam.ac.uk/genomes/FlyTF/old_index.html) actualmente enumera 753 TFs putativos específicos del sitio y 454 candidatos "bien respaldados". Más recientemente, Hammonds et al. identificado 708 melanogaster genes "que probablemente codifiquen TF de unión a ADN específicos de secuencia". (3)

Editar: es posible que también desee consultar la siguiente pregunta en Biostars: http://www.biostars.org/p/53590/


Pregunta bastante interesante. Hay algunos números, recuerdo que alrededor del 10% de los genes humanos codifican factores de transcripción (desafortunadamente no recuerdo la fuente de eso).

Este artículo de 2002 estima entre 2000 y 3000 factores:

Este documento de 2009 establece una serie de 1391 factores seleccionados manualmente y también especula sobre una cantidad de 2000 a 3000 factores en total. Definitivamente es interesante leer esto.

  • Un censo de factores de transcripción humanos: función, expresión y
    evolución.

Amos Bairoch, de la fama SWISSProt / UniProt, ha creado la base de datos nextprot, un repositorio de conocimientos curado manualmente sobre proteínas humanas. Si bien eso no lo ayudará a obtener un número para el mosquito, sí facilita la recuperación de una lista de proteínas humanas que están anotadas como factores de transcripción.

La búsqueda de "Factor de transcripción" en la pestaña "Función" arroja 1405 resultados. Notarás que la mayoría de las respuestas están en el mismo campo de juego a pesar de las pequeñas diferencias, pero ten en cuenta que muchas de estas se suponen TF y pasará un tiempo antes de que se haya confirmado experimentalmente que todas ellas actúan como tales. en vivo.


Recordemos un experimento descrito anteriormente e ilustrado a continuación.

Los resultados de este experimento proporcionaron la evidencia de que incluso células muy diferentes de un organismo contienen los mismos genes. De hecho, en cualquier organismo eucariota multicelular, cada célula contiene el mismo ADN (genes). Por lo tanto, los diferentes tipos de células de un organismo no se diferencian por los genes que contienen, sino por los conjuntos de genes que expresan. Visto de otra manera, las células se diferencian cuando activan nuevos genes y desactivan los viejos. Por lo tanto, la regulación genética produce diferentes conjuntos de productos genéticos durante la diferenciación, lo que lleva a células que se ven y funcionan de manera diferente en el organismo.

En comparación con los procariotas, muchos pasos en eucariotas se encuentran entre la transcripción de un ARNm y la acumulación de un producto final polipeptídico. Once de estos pasos se muestran en la ruta del gen a la proteína a continuación.

En teoría, las células podrían encenderse, apagarse, acelerar o ralentizar cualquiera de los pasos de esta vía, cambiando la concentración en estado estable de un polipéptido en las células. Si bien es posible la regulación de cualquiera de estos pasos, la expresión de un solo gen se controla típicamente en solo uno o unos pocos pasos. Una forma común de regulación génica es el nivel de inicio de la transcripción, similar al control transcripcional en bacterias, en principio, si no en detalle.


Mecanismos de la memoria

4.16.3.3 Los correpresores transcripcionales suprimen los genes necesarios para la memoria a largo plazo

Los complejos correpresores están compuestos por múltiples proteínas que funcionan en el silenciamiento o represión transcripcional, incluidas las proteínas de unión al ADN, las histonas metiltransferasas, las HDAC y los componentes estructurales de la cromatina (revisado en Schoch y Abel, 2014). El primer paso de la represión transcripcional es la eliminación de las marcas de activación de la transcripción como la acetilación de histonas y la metilación de H3K4, seguida de la adición de marcas de represión como la metilación del ADN y la metilación de histonas en H3K9, H3K27 y H3K36 (Bannister y Kouzarides, 2011). Estas marcas epigenéticas reclutan proteínas que silencian la cromatina. Por ejemplo, la proteína 1 de hererocromatina (HP1) reconoce la trimetilación de la histona H3K9 y se recluta a través de su dominio de sombra cromosómica. Esta interacción entre HP1 y H3K9me3 es fundamental para la estructura de la heterocromatina. La función correpresora es importante para la regulación de diversos procesos biológicos que van desde el desarrollo, la diferenciación y la transducción de señales. Sin embargo, la función correpresora en el cerebro no se comprende con claridad. Dado que los coactivadores transcripcionales facilitan la expresión génica contribuyendo a mejorar la memoria, se podría suponer que los correpresores transcripcionales realizan el efecto inverso, reprimiendo genes neuronales en una condición no estimulada.

En esta sección, nos centraremos en el correpresor del receptor nuclear NCOR como un ejemplo de un correpresor involucrado en el aprendizaje y la memoria. NCOR se asocia con otras proteínas, incluida HDAC3 en un complejo correpresor multiproteína, para reprimir la formación de memoria a largo plazo, actuando como un "freno". Los ratones genéticamente modificados que llevan la proteína NCOR mutante incapaces de unirse y activar HDAC3 exhiben una mejora de la memoria a largo plazo, pero no a corto plazo (McQuown et al., 2011). La familia NR4A de receptores nucleares huérfanos está dirigida por la señalización CREB y es fundamental para la formación de la memoria a largo plazo (Hawk y Abel, 2011 Hawk et al., 2012 Vecsey et al., 2007 McNulty et al., 2012 Rogge et al., 2013). Curiosamente, el complejo correpresor NCOR-HDAC3 bloquea la expresión génica diana de la familia del receptor nuclear NR4A (Gilbert y Lasley, 2013 Xing et al., 2006 Schoch y Abel, 2014 Hawk et al., 2012). Por lo tanto, la eliminación del complejo correpresor NCOR-HDAC3 podría resultar en la acetilación del gen NR4A, facilitando el reclutamiento del complejo coactivador y conduciendo a la expresión del gen diana esencial para la formación de la memoria a largo plazo (Fig. 3). NCOR también se asocia con otros reguladores epigenéticos como el miembro A de la familia de reguladores de transcripción SIN3 (SIN3A) y JMJD2A. A través de los dominios duales de Jumonji desmetilasa, JMJD2A desmetila la marca represiva transcripcional H3K9me (Whetstine et al., 2006), mientras que SIN3A se asocia con funciones tanto de activación como represivas. La regulación de la expresión génica por los correpresores durante la formación de la memoria es un evento crítico que depende de múltiples socios de interacción / unión.

Figura 3 . El reclutamiento de coactivadores y correpresores transcripcionales regula la formación de la memoria a largo plazo. Los genes necesarios para la memoria y la plasticidad, como el receptor nuclear NR4A, generalmente se suprimen mediante complejos correpresores de transcripción. NCOR forma un complejo correpresor en asociación con Sin3a y HDAC. Después del aprendizaje, el complejo correpresor posiblemente sea reemplazado por CREB activado (fosforilado en la serina 133) y CBP HAT. El complejo CREB-CBP recluta la maquinaria transcripcional basal que impulsa la transcripción de los genes NR4A. CBP, Proteína de unión a CRE CREB, enlace del elemento de respuesta cAMP SOMBRERO, histona acetiltransferasa HDAC, histona desacetilasa NCOR, correpresor del receptor nuclear.


Factores de transcripción

Ian M. Adcock, Gaetano Caramori, en Asma y EPOC (segunda edición), 2009

Factores de transcripción

Los factores de transcripción son proteínas que se unen a secuencias reguladoras del ADN (potenciadores y silenciadores), normalmente localizadas en la región 5-corriente arriba de los genes diana, para modular la velocidad de transcripción génica. Esto puede resultar en un aumento o disminución de la transcripción de genes, síntesis de proteínas y la función celular alterada subsiguiente. Ahora se han identificado muchos factores de transcripción y una gran proporción del genoma humano parece codificar estas proteínas.

Existen varias familias de factores de transcripción y los miembros de cada familia pueden compartir características estructurales. Estas familias incluyen

dedo de zinc (por ejemplo, receptores de glucocorticoides, proteínas GATA),

Cremallera básica de proteína-leucina [factor de unión al elemento de respuesta de AMP cíclico (CREB), proteína activadora-1 (AP-1)],

motivos de hoja β [p. ej. factor nuclear-κB (NF-κB)] [4, 7] (tabla 31.1).

Tabla 31.1. Familias de factores de transcripción implicados en la patogenia del asma y la EPOC.

GR: receptor de glucocorticoides NF-κB: factor nuclear kappa B AP-1: proteína activadora 1 CREB: proteína de unión al elemento de respuesta de AMP cíclico STATs: transductores de señal y activadores de transcripción NFAT: factores nucleares de células T activadas GATA: proteínas de unión a GATA HIF -1: factor-1 inducible por hipoxia C / EBP: CAAT / proteína de unión a potenciador SP1: proteína de especificidad 1.

Muchos factores de transcripción son comunes a varios tipos de células (ubicuos), como AP-1 y NF-κB, y pueden desempeñar un papel general en la regulación de genes inflamatorios, mientras que otros son específicos de células y pueden determinar las características fenotípicas de un celda. La activación del factor de transcripción es compleja y puede implicar múltiples vías de transducción de señales intracelulares, incluidas las quinasas PKA, MAPK, JAK y PKC, estimuladas por receptores de la superficie celular [8, 9]. Los factores de transcripción también pueden ser activados directamente por ligandos como los glucocorticoides y las vitaminas A y D [5]. Por lo tanto, los factores de transcripción pueden convertir las señales ambientales transitorias en la superficie celular en cambios a largo plazo en la transcripción de genes, actuando así como "mensajeros nucleares". Los factores de transcripción pueden activarse dentro del núcleo, a menudo con el factor de transcripción ya unido al ADN, o dentro del citoplasma, lo que da como resultado la exposición de señales de localización nuclear y la focalización en el núcleo [5]. Cada vez está más claro que las modificaciones postraduccionales de los factores de transcripción por fosforilación, acetilación y nitración pueden tener efectos profundos sobre la capacidad de unión al ADN o sobre la actividad transcripcional de un factor de transcripción [10]. Esto se ejemplifica por los cambios en la fosforilación y acetilación de p65 NF-κB que alteran su asociación con complejos coactivadores y represores transcripcionales que dan como resultado cambios en el perfil de expresión génica [11-13].

Charla cruzada

Uno de los conceptos más importantes que han surgido es la demostración de que los factores de transcripción pueden interactuar físicamente entre sí para formar homodímeros o heterodímeros, lo que resulta en la inhibición o mejora de la actividad transcripcional en un sitio distinto del objetivo de consenso para un factor de transcripción particular (Fig. 31.1). Esto permite la intercomunicación entre diferentes vías de transducción de señales a nivel de expresión génica. Generalmente, es necesario tener una activación coincidente de varios factores de transcripción para tener la máxima expresión génica. Esto puede explicar cómo los factores de transcripción que son ubicuos pueden regular genes particulares en ciertos tipos de células [4, 10].

Figura 31.1. Múltiples vías que median la modulación del factor de transcripción de genes inflamatorios, (A) Activación de la transducción de la señal del mediador inflamatorio. La unión de citocinas, factores de crecimiento o quimiocinas a sus respectivos receptores pone en marcha la activación de una serie de vías de transducción de señales, incluidas las tirosina quinasas receptoras, las proteínas quinasas activadas por mitógenos (MAPK, incluidas MEKK1 y JNK), las quinasas Janus (JAK). ) y otras vías de quinasas implicadas en la activación de NF-κB. La activación del factor nuclear κB implica la fosforilación de la proteína inhibidora IκB por quinasas específicas, con ubiquitinación y degradación proteolítica subsiguientes por el proteasoma. El NF-κB libre luego se transloca al núcleo, donde se une a los sitios κB en las regiones promotoras de genes inflamatorios. La activación del gen IκB da como resultado un aumento de la síntesis de IκB para terminar la activación de NF-κB. (B) Vías JAK-STAT. La unión de citocinas a su receptor da como resultado la activación de JAK que fosforila los dominios intracelulares del receptor, lo que resulta en la fosforilación de factores de transcripción activados por transducción de señales (STAT). Los STAT activados se dimerizan y se trasladan al núcleo donde se unen a elementos de reconocimiento en ciertos genes. (C y D) El factor nuclear de las células T activadas (NF-AT) se activa mediante la desfosforilación por la calcineurina (CaN) y se transloca al núcleo donde interactúa con AP-1 para inducir la transcripción génica. (E) Mecanismo clásico de acción de los esteroides. Los glucocorticoides son moléculas lipofílicas que se difunden fácilmente a través de las membranas celulares para interactuar con los receptores citoplasmáticos. Tras la unión del ligando, los receptores se activan y se trasladan al núcleo donde se unen a elementos específicos del ADN. Las vías anteriores pueden interactuar de modo que la señal final pueda amplificarse o alterarse dependiendo de la combinación exacta de estímulos. La respuesta final a cada estímulo o combinación de estímulos de una célula en particular depende de los receptores presentes en una célula en particular junto con la vía de transducción intracelular exacta activada.

La complejidad de las vías de activación y su capacidad para entablar conversaciones cruzadas permite a las células superar la inhibición de una vía y retener la capacidad de activar factores de transcripción específicos. Esta conversación cruzada y redundancia también puede dificultar la búsqueda de nuevos agentes antiinflamatorios dirigidos a la activación del factor de transcripción. La unión de factores de transcripción a sus motivos de unión específicos en la región promotora puede alterar la transcripción al interactuar directamente con los componentes del aparato de transcripción basal o mediante cofactores que unen el factor de transcripción al aparato de transcripción basal [14]. Las proteínas grandes que se unen al aparato de transcripción basal se unen a muchos factores de transcripción y, por tanto, actúan como integradores de la transcripción de genes. Estas moléculas coactivadoras incluyen la proteína de unión a CREB (CBP) y la p300 relacionada, lo que permite interacciones complejas entre diferentes vías de señalización [14].

Acetilación de histonas

El ADN se enrolla alrededor de las proteínas histonas para formar nucleosomas y la fibra de cromatina en los cromosomas [15]. Desde hace mucho tiempo se ha reconocido a nivel microscópico que la cromatina puede volverse densa u opaca debido al enrollamiento o desenrollado del ADN alrededor del núcleo de la histona [16]. CBP, p300 y otros coactivadores tienen actividad histona acetilasa (HAT) que se activa mediante la unión de factores de transcripción, como AP-1, NF-κB y STAT (fig. 31.2) [14, 15]. La acetilación de los residuos de histona da como resultado el desenrollamiento del ADN enrollado alrededor del núcleo de la histona, lo que abre la estructura de la cromatina, lo que permite una mayor transcripción. La desacetilación de histonas por histonas desacetilasas específicas (HDAC) invierte este proceso, lo que conduce a la represión de genes [17].

Figura 31.2. Acetilación de histonas por factores de transcripción proinflamatorios. En respuesta al estrés y otros estímulos, como las citocinas, varios sistemas de segundos mensajeros se regulan positivamente, lo que lleva a la activación de factores de transcripción dependientes de la señal, como las proteínas CREB, NF-κB, AP-1 y STAT. La unión de estos factores conduce al reclutamiento de CBP y / u otros coactivadores a promotores dependientes de la señal y a la acetilación de histonas por una actividad acetilasa intrínseca (HAT). La inducción de la acetilación de histonas permite la formación de una estructura de nucleosoma más suelta que permite el acceso a la proteína de unión a la caja TATA (TBP) y los factores asociados (TAF) y el reclutamiento de factores de remodelación adicionales, incluido el cambio / sacarosa no fermentable (SWI / SNF). De este modo, la remodelación permite el reclutamiento de la ARN polimerasa II y la activación de la transcripción de genes inflamatorios.


Desactivación de genes: represores transcripcionales

Como las células procariotas, las células eucariotas también tienen mecanismos para prevenir la transcripción. Transcripcional represores puede unirse a regiones promotoras o potenciadoras y bloquear la transcripción. Al igual que los activadores de la transcripción, los represores responden a los estímulos externos para evitar la unión de los factores de transcripción activadores.

En resumen: regulación de genes de transcripción eucariota

Para iniciar la transcripción, los factores de transcripción primero deben unirse al promotor y reclutar la ARN polimerasa en esa ubicación. Además de las secuencias promotoras, las regiones potenciadoras ayudan a aumentar la transcripción. Los potenciadores pueden estar aguas arriba, aguas abajo, dentro de un gen mismo o en otros cromosomas. Los factores de transcripción se unen a regiones potenciadoras para aumentar o prevenir la transcripción.

Preguntas de práctica

Se requiere la unión de ________ para que comience la transcripción.

¿Qué resultará de la unión de un factor de transcripción a una región potenciadora?

  1. disminución de la transcripción de un gen adyacente
  2. aumento de la transcripción de un gen distante
  3. alteración de la traducción de un gen adyacente
  4. inicio del reclutamiento de la ARN polimerasa

Una mutación dentro de la región promotora puede alterar la transcripción de un gen. Describe cómo puede suceder esto.

¿Qué podría suceder si una célula tuviera demasiado factor de transcripción activador presente?


¿Cuántos factores de transcripción existen? - biología

El dogma central depende de la existencia y las propiedades de un ejército de moléculas de ARNm que se generan transitoriamente en el proceso de transcripción y, a menudo, poco después, se degradan. Durante el corto tiempo que se encuentran en una célula, estos ARNm sirven como plantilla para la creación de una nueva generación de proteínas. La pregunta que se plantea en esta viñeta es la siguiente: en promedio, ¿cuál es la proporción entre el mensaje traducido y el mensaje en sí?

Aunque hay muchos factores que controlan la relación proteína-ARNm, el modelo más simple apunta a una estimación en términos de unas pocas tasas clave. Para ver eso, necesitamos escribir una "ecuación de velocidad" simple que nos diga cómo cambiará el contenido de proteína en un incremento muy pequeño de tiempo. Más precisamente, buscamos la dependencia funcional entre el número de copias proteicas de un gen (p) y el número de moléculas de ARNm (m) que lo engendran. La tasa de formación de p es igual a la tasa de traducción multiplicada por el número de mensajes, m, ya que cada molécula de ARNm puede considerarse en sí misma como una fuente de proteína. Sin embargo, al mismo tiempo que se sintetizan nuevas proteínas, la degradación de las proteínas está eliminando constantemente las proteínas de la circulación. Además, el número de proteínas que se degradan es igual a la tasa de degradación multiplicada por el número total de proteínas. Estas palabras engorrosas pueden encapsularse mucho más elegantemente en una ecuación que nos dice cómo en un pequeño instante de tiempo cambia el número de proteínas, es decir,

donde α es la tasa de degradación y β es la tasa de traducción (aunque, lamentablemente, la literatura está dividida entre quienes definen la notación de esta manera y quienes usan las letras con exactamente el significado opuesto).

Figura 1: Ribosomas en ARNm como cuentas en una cuerda (de: http://bass.bio.uci.edu/

Nos interesa la solución de estado estacionario, es decir, lo que sucede después de que ha pasado un tiempo suficientemente largo y el sistema ya no está cambiando. En ese caso dp / dt = 0 = βm-αp. Esto nos dice a su vez que la relación proteína / ARNm viene dada por p / m = β / α. Observamos que esto no es lo mismo que el número de proteínas producidas a partir de cada ARNm, este valor requiere que conozcamos también la tasa de renovación del ARNm que tomamos al final de la viñeta. Cual es el valor de B ? Un ARNm traducido rápidamente tendrá ribosomas decorándolo como cuentas en una cuerda, como se captura en la micrografía electrónica clásica que se muestra en la Figura 1. Su distancia entre sí a lo largo del ARNm es al menos del tamaño de la huella física de un ribosoma (≈20 nm , BNID 102320, 105000) que es la longitud de aproximadamente 60 pares de bases (longitud del nucleótido ≈0,3 nm, BNID 103777), equivalente a ≈20 aa. La tasa de traducción es de aproximadamente 20 aa / seg. Por lo tanto, se necesita al menos un segundo para que un ribosoma se mueva a lo largo de su propia huella de tamaño físico sobre el ARNm, lo que implica una tasa de traducción general máxima de b = 1 s -1 por transcripción.

La tasa de degradación efectiva surge no solo de la degradación de las proteínas, sino también de un efecto de dilución a medida que la célula crece. De hecho, de los dos efectos, a menudo predomina el efecto de dilución de la división celular y, por tanto, el tiempo de degradación efectivo global, que tiene en cuenta la dilución, es aproximadamente el intervalo de tiempo de un ciclo celular, τ. Por tanto, tenemos α = 1 / τ.

A la luz de estos números, la relación p / m es, por lo tanto, 1 s -1 / (1 /τ)= τ. Para E. coli, τ es aproximadamente 1000 sy por lo tanto p / m

1000. Por supuesto, si el ARNm no se transcribe a la velocidad máxima, la proporción será menor. Realicemos una verificación de cordura en este resultado. Bajo crecimiento exponencial a tasa de crecimiento media E. coli se sabe que contiene alrededor de 3 millones de proteínas y 3000 ARNm (BNID 100088, 100064). Estas constantes implican que la proporción de proteína a ARNm es ≈1000, precisamente en línea con la estimación dada anteriormente. Podemos realizar una segunda verificación de cordura basada en información de viñetas anteriores. En la viñeta sobre "¿Qué es más pesado un ARNm o la proteína que codifica?" derivamos una relación de masa de aproximadamente 10: 1 para el ARNm y las proteínas que codifican. En la viñeta sobre "¿Cuál es la composición macromolecular de la célula?" mencionamos que la proteína es aproximadamente el 50% de la masa seca en E. coli células, mientras que el ARNm son solo alrededor del 5% del ARN total en la célula, que en sí mismo es aproximadamente el 20% de la masa seca. Esto implica que el ARNm es, por tanto, aproximadamente el 1% de la masa seca total. Entonces, la proporción de ARNm a proteína debería ser aproximadamente 50 veces 10, o 500 a 1. Desde nuestro punto de vista, todos estos controles de cordura se mantienen muy bien juntos.

Figura 2: medición simultánea de ARNm y proteína en E. coli. (A) Imágenes de microscopía del nivel de ARNm en células de E. coli. (B) Imágenes de microscopía de proteína en células de E. coli. (C) Número de copias de proteína frente a niveles de ARNm obtenidos utilizando métodos de microscopía como los que se muestran en la parte (A) y utilizando métodos basados ​​en secuenciación. De Taniguchi et al. Ciencias. 329, 533 (2010).

Experimentalmente, ¿cómo se determinan estos números en las proporciones de proteína a ARNm? Un método elegante es utilizar microscopía de fluorescencia para observar simultáneamente los ARNm mediante hibridación in situ por fluorescencia (FISH) y sus productos proteicos que se han fusionado a una proteína fluorescente. La Figura 2 muestra imágenes de microscopía tanto del ARNm como de la proteína de fusión traducida correspondiente para un gen particular en E. coli. La Figura 2C muestra los resultados que utilizan estos métodos para múltiples genes y confirma un exceso de 100 a 1000 veces en el número de copias de proteínas sobre sus correspondientes ARNm. Como se ve en esa figura, no solo es útil la visualización directa por microscopía, sino que también se han invocado métodos basados ​​en secuencias.

Para organismos de crecimiento más lento, como levaduras o células de mamíferos, esperamos una proporción mayor con la salvedad de que nuestras suposiciones sobre la tasa de traducción máxima se están volviendo cada vez más tenues y con eso nuestra confianza en la estimación. Para levaduras con tasas de crecimiento medias a rápidas, se informó que el número de ARNm estaba en el rango de 10,000-60,000 por célula (BNID 104312, 102988, 103023, 106226, 106763). Como las células de levadura son 50 veces más grandes en volumen que E. coli, el número de proteínas puede estimarse como mayor en esa proporción, o 200 millones. La relación p / m es entonces ≈2 & # 21510 8/2 & # 21510 4 ≈10 4, en línea con el valor experimental de aproximadamente 5,000 (BNID 104185, 104745). Para la levadura dividida cada 100 minutos, esto es del orden de la cantidad de segundos en su tiempo de generación, de acuerdo con nuestra estimación bruta anterior.

Figura 3: Relación proteína / ARNm en levadura de fisión. (A) Histograma que ilustra el número de copias de ARNm y proteínas determinadas mediante métodos de secuenciación y espectrometría de masas, respectivamente. (B) Gráfico de abundancia de proteínas y abundancia de ARNm gen por gen. Adaptado de S. Marguerat et al., Cell, 151: 671, 2012. Un análisis reciente (R. Milo, Bioessays, 35: 1050, 2014) sugiere que los niveles de proteína se han subestimado y un factor de corrección de aproximadamente 5 veces mayor debe aplicarse, lo que hace que la proporción de proteína a ARNm se acerque más a 104.

Al igual que con muchas de las cantidades descritas a lo largo del libro, la locura de alto rendimiento en todo el genoma también ha afectado al tema de esta viñeta. Específicamente, utilizando una combinación de RNA-Seq para determinar el número de copias de mRNA y los métodos de espectrometría de masas y el perfil ribosómico para inferir el contenido de proteína de las células, es posible ir más allá de las estimaciones y mediciones específicas de gen por gen descritas anteriormente. Como se muestra en la Figura 3 para la levadura de fisión, la distribución de ARNm y proteína en todo el genoma confirma las estimaciones proporcionadas anteriormente que muestran un exceso de proteína a ARNm de más de mil veces en la mayoría de los casos. De manera similar, en líneas celulares de mamíferos se infiere una proporción de proteína a ARNm de aproximadamente 104 (BNID 110236).

Figura 4: Dinámica de la producción de proteínas. (A) Ráfagas en la producción de proteínas como resultado de múltiples rondas de traducción en la misma molécula de ARNm antes de que decaiga. (B) Distribución de tamaños de ráfaga para la proteína beta-galactosidasa en E. coli. (Adaptado de L. Cai et al., Nature, 440: 358, 2006.)

Hasta ahora, nos hemos centrado en el número total de copias de proteínas por ARNm y no en el número de proteínas producidas por ráfaga de producción que se produce a partir de un ARNm determinado. Esta denominada medición del tamaño de ráfaga se muestra en la Figura 4, que muestra la proteína beta-galactosidasa en E. coli la distribución de los tamaños de ráfaga observados, disminuyendo rápidamente del puñado común a muchos menos casos de más de 10.

Finalmente, observamos que hay un tercer significado de la pregunta que da título a esta viñeta, donde podríamos preguntar cuántas proteínas se producen a partir de cada ARNm individual antes de que se degrade. Por ejemplo, en rápido crecimiento E. coli, los ARNm se degradan aproximadamente cada 3 minutos, como se explica en la viñeta sobre "¿Cuáles son las tasas de degradación del ARNm y las proteínas?". Esta escala de tiempo es entre 10 y 100 veces más corta que el tiempo del ciclo celular. Como resultado, para pasar de la afirmación de que la relación proteína / ARNm es típicamente 1000 al número de proteínas producidas a partir de un ARNm antes de que se degrade, necesitamos dividir el número de vidas útiles del ARNm por ciclo celular. Encontramos que en esta rápida división E. coli En el escenario, cada ARNm da lugar a aproximadamente 10-100 proteínas antes de ser degradado.

Un estudio reciente (G. Csardi et al., PLOS genetics, 2015) sugiere revisar la pregunta básica de esta viñeta. El análisis cuidadoso de decenas de estudios sobre los niveles de ARNm y proteínas en la levadura en ciernes, el organismo modelo más común para tales estudios, sugiere una relación no lineal en la que los genes con niveles altos de ARNm tendrán una relación proteína / ARNm más alta que los ARNm poco expresados. Esto sugiere que la correlación entre el ARNm y la proteína no tiene una pendiente de 1 en la escala logarítmica, sino más bien una pendiente de aproximadamente 1,6, lo que también explica por qué el rango dinámico de las proteínas es significativamente mayor que el del ARNm.


Inicio y detención de la transcripción:

  • Inicio: Región promotora
  • Parada: Región de terminación (generalmente una fila de T & # 8217)
    • ¿Por qué la región de terminación de la transcripción suele ser una fila de T & # 8217? ¡Gran pregunta! El nucleótido complementario de T es A, y siempre hay dos enlaces de hidrógeno entre T y A. A diferencia de los nucleótidos T y A, los C y G complementarios están unidos entre sí con tres enlaces de hidrógeno. Lógicamente, dos enlaces de hidrógeno son más débiles que tres enlaces de hidrógeno. Por tanto, es más fácil que la ARN polimerasa se desprenda de la región de terminación y se libere del ADN.
    • ¿Eucariotas contra procariotas? Para los eucariotas, se requieren factores de terminación para que se libere el ARNm, pero para los procariotas, generalmente no se requieren factores de terminación. Los factores de terminación son moléculas que se unen a la región de la señal de terminación y provocan la caída de la ARN polimerasa. Nuevamente, la ARN polimerasa comienza a caer a lo largo de una cadena de aproximadamente 300 pares de bases, que generalmente son nucleótidos de T.
    • En cuanto a los procariotas, la cadena de ARNm tiene una repetición invertida junto con una cadena de nosotros. Al igual que los T & # 8217, los U & # 8217 solo forman enlaces dobles con los A & # 8217, y es probable que la ARN polimerasa pueda caer más fácilmente a lo largo de esta fila de enlaces más débiles. Además, la repetición invertida en el ARNm se pliega en una estructura de bucle, interrumpiendo aún más la unión de la ARN polimerasa al ADN en cuestión. En general, existen 2 tipos de terminación para procariotas y bacterias. Leer más sobre Terminadores intrínsecos y terminación de la transcripción independiente de Rho aquí.

    La transcripción también podría sintetizar otros tipos de ARN. Además del ARNm, la transcripción también es la producción de miARN, ARNt y ARNr.


    Resumen

    • transcripción de la información codificada en el ADN en una molécula de ARN (descrita aquí) y
    • traducción de la información codificada en los nucleótidos del ARNm en una secuencia definida de aminoácidos en una proteína (discutida en
      Traducción genética: ARN & rarr Proteína).

    En eucariotas, la transcripción tiene lugar en el núcleo y la traducción posteriormente en el citosol. En las bacterias (no tienen núcleo), ambos procesos ocurren en el citosol y simultáneamente [Ver].


    Factores de transcripción de Oct y Sox

    El control combinatorio, donde varios factores de transcripción se unen para controlar un gen, permite que las mismas proteínas se utilicen de diferentes maneras. Esto se muestra en dos estructuras de Oct1 y Sox2 unidas a diferentes piezas de ADN regulador. En la entrada de PDB 1gt0 (izquierda), las proteínas se unen al ADN potenciador de FGF4 y las dos proteínas interactúan débilmente a través de la cola extendida de Sox2. En la entrada de PDB 1o4x (derecha), las proteínas se unen más juntas en la secuencia reguladora de Hoxb1 y forman una interacción más fuerte. De esta manera, el diferente espaciamiento de los sitios de unión en el ADN puede controlar la fuerza de unión del complejo Oct y Sox. Para explorar estas estructuras con más detalle, haga clic en la imagen para ver un JSmol interactivo.

    Temas para mayor discusión

    1. Los investigadores han utilizado una variedad de otros factores de transcripción junto con Oct4 y Sox2 para reprogramar células, incluidos Nanog y Lin-28. Las porciones de unión al ADN de estas proteínas están disponibles en el PDB. ¿Puede encontrar similitudes y diferencias con los factores de transcripción que se muestran aquí?
    2. Muchas proteínas que se unen al ADN doblan el ADN cuando se unen. ¿Puede encontrar otros ejemplos en la AP?

    Recursos relacionados con el PDB-101

    Referencias

    1. M. Levine y R. Tjian (2003) Regulación de la transcripción y diversidad animal. Nature 424, 147-151.
    2. W. Buitrago y D. R. Roop (2007) 4 de octubre: ¿el todopoderoso regulador POUripotente? Revista de Dermatología Investigativa 127, 260-262.
    3. S. I. E. Guth and M. Wegner (2008) Having it both ways: Sox protein function between conservation and innovation. Cellular and Molecular Life Sciences 65, 3000-3018.
    4. Y.-H. Loh, J.-H. Ng and H.-H. Ng (2008) Molecular framework underlying pluripotency. Cell Cycle 7, 885-891.
    5. K. Hochedlinger and K. Plath (2009) Epigenetic reprogramming and induced pluripotency. Development 136, 509-523.

    April 2009, David Goodsell

    About PDB-101

    PDB-101 helps teachers, students, and the general public explore the 3D world of proteins and nucleic acids. Learning about their diverse shapes and functions helps to understand all aspects of biomedicine and agriculture, from protein synthesis to health and disease to biological energy.

    Why PDB-101? Researchers around the globe make these 3D structures freely available at the Protein Data Bank (PDB) archive. PDB-101 builds introductory materials to help beginners get started in the subject ("101", as in an entry level course) as well as resources for extended learning.


    Procariota vs Transcripción eucariota

    Transcription is a process by which the genetic information present in the DNA is copied to an intermediate molecule (RNA). The sequence in the RNA is complementary to that of the gene which is transcribed and thus the RNA retains the same information as the gene itself. Transcription is a universal process in the living word and it occurs both in prokaryotes and eukaryotes. Even though the overall process of transcription is similar in both prokaryotes and eukaryotes, there do exists some fundamental differences between these groups.

    This post summarizes the overall similarities and differences between the Prokaryotic and Eukaryotic transcription in a detailed but easy way.

    Similarities between prokaryotic and eukaryotic transcription

    1. In both groups DNA acts as the template for RNA synthesis
    2. In both groups transcription produces RNA molecule
    3. Chemical composition of transcript is similar in both groups

    4. Transcription is facilitated by the enzyme RNA polymerase in both groups

    5. In both groups, one strand of the DNA duplex acts as the template

    Difference between prokaryotic and eukaryotic transcription


    Ver el vídeo: Factores de transcripción (Noviembre 2022).