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¿Por qué la región 3'UTR está altamente metilada en la mayoría de los genes humanos?

¿Por qué la región 3'UTR está altamente metilada en la mayoría de los genes humanos?


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Se encuentra que la mayoría de los genes humanos están altamente metilados en su región 3'UTR (0,8-0,9%). Me preguntaba si hay alguna razón específica para esto.


Según Choi et al. Genome Biology 2009, 10: R89, la metilación del ADN en ambos límites de codificación puede regular el alargamiento de la transcripción y estabilizar el empalme al reducir las ocurrencias de omisión de exón.

Del resumen:

Aquí presentamos una observación de todo el genoma de distintos picos de nucleosomas y metilación en ambos extremos de una unidad de codificación de proteínas. Las polimerasas de alargamiento tienden a detenerse cerca de ambos extremos de codificación inmediatamente aguas arriba de los picos epigenéticos, provocando una reducción significativa en la eficacia de alargamiento. Las características conservadas en las secuencias codificantes de proteínas subyacentes parecen dictar su conservación evolutiva en múltiples especies. Las marcas nucleosómicas y de metilación se asocian comúnmente con una alta propensión a la flexión del ADN codificado por secuencia, pero de manera diferencial con la densidad de CpG. A medida que el gen se alarga, los códigos epigenéticos parecen desplazarse de las secuencias internas variables a las regiones fronterizas, lo que hace que los picos sean más prominentes en los organismos superiores.

Sin embargo, sus datos (figuras 1 y S2) no apoyan un aumento generalizado en las regiones 3 'UTR en células T humanas, hígado de ratón, levadura o moscas.


Análisis funcional de todo el genoma de intrones humanos de la región no traducida 5 '

Aproximadamente el 35% de los genes humanos contienen intrones dentro de la región no traducida 5 '(UTR). Los intrones en las UTR 5 'difieren de los de las regiones codificantes y las UTR 3' con respecto a la composición de nucleótidos, la distribución de longitud y la densidad. A pesar de su presunto impacto en la regulación genética, la evolución y las posibles funciones de los intrones 5'UTR permanecen en gran parte sin explorar.

Resultados

Realizamos un análisis computacional a escala del genoma de los intrones 5'UTR en humanos. Descubrimos que los genes más altamente expresados ​​tendían a tener intrones 5'UTR cortos en lugar de tener intrones 5'UTR largos o carecer por completo de intrones 5'UTR. Aunque no encontramos correlación en la presencia o longitud del intrón 5'UTR con la variación en la expresión a través de los tejidos, lo que podría haber indicado un papel amplio en la regulación de la expresión, observamos una distribución desigual de intrones 5'UTR entre genes en categorías funcionales específicas. En particular, los genes con funciones reguladoras se enriquecieron sorprendentemente al tener intrones 5'UTR. Finalmente, analizamos la evolución de los intrones 5'UTR en las proteínas tirosina quinasas no receptoras (NRTK) e identificamos un motivo de ADN conservado enriquecido dentro de los intrones 5'UTR de las NRTK humanas.

Conclusiones

Nuestros resultados sugieren que los intrones 5'UTR humanos mejoran la expresión de algunos genes de una manera dependiente de la longitud. Si bien es probable que muchos intrones 5'UTR evolucionen de manera neutral, su relación con la expresión génica y la sobrerrepresentación entre genes reguladores, tomados en conjunto, sugieren que fuerzas evolutivas complejas están actuando sobre esta clase distinta de intrones.


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2. Detección y cuantificación de inosina

Desde el descubrimiento de la inosina por medio de laboriosas purificaciones de especies específicas de ARN, seguidas de la degradación selectiva del ARN y estudios cromatográficos [1], ahora existen varias técnicas para cartografiar las modificaciones de la inosina. Todas estas estrategias tienen sus fortalezas y limitaciones, y su uso preferencial depende de la especie de ARN de interés y de la cuestión biológica / bioquímica que debe abordarse. La inosina molecular se puede detectar y cuantificar fácilmente utilizando métodos bioquímicos estándar que se basan principalmente en la conversión de inosina en hipoxantina. La detección de inosina dentro de las especies de ARN, por otro lado, es más desafiante y será el tema central de esta sección.

2.1. Métodos basados ​​en cromatografía

La cromatografía todavía se utiliza hoy en día para detectar y cuantificar inosinas. Se utiliza con frecuencia cuando se trabaja con muestras derivadas in vitro (p. Ej., ARN sintéticos o transcritos in vitro que llevan modificaciones de inosina). El ARN de interés suele estar radiomarcado, digerido en un solo nucleótido y resuelto mediante cromatografía en capa fina [14]. Se trata de un método semicuantitativo y rentable, pero no se puede utilizar con un alto rendimiento y no proporciona información sobre la ubicación del residuo modificado.

Para estudiar las modificaciones de la inosina en muestras derivadas in vivo (por ejemplo, ARN que contienen inosina derivados de extractos celulares), se puede utilizar la cromatografía líquida junto con la espectrometría de masas (LC-MS / MS) [15]. Este es un método no radiactivo altamente cuantitativo, pero también es de bajo rendimiento, requiere una purificación previa (en grandes cantidades) de las especies de ARN de interés, no proporciona información posicional sobre la modificación y requiere un equipo especializado costoso.

2.2. Métodos basados ​​en la transcripción inversa (RT)

Varios métodos para la detección y cuantificación de inosina se basan en la transcripción inversa (RT) de ARN y la amplificación por PCR. La inosina es estructuralmente un análogo de guanosina (Figura 1 A) que las transcriptasas inversas se leen como G en lugar de la A de la que deriva. Este artefacto se puede aprovechar para detectar y cuantificar la inosina calculando la proporción de desajuste de A a G dentro de los productos de PCR (amplicones), mientras se determina la posición de las modificaciones. Un método simple, rápido, semicuantitativo y rentable para caracterizar estos amplicones es el polimorfismo de longitud de fragmentos de restricción (RFLP), que se puede usar cuando la conversión de A a I (G) crea o elimina un sitio de reconocimiento de enzimas de restricción. [16,17,18]. Este método permite la evaluación de múltiples muestras a la vez, pero es de bajo rendimiento en términos de la cantidad de sitios editados A-a-I que se pueden estudiar.

Los productos de RT-PCR también se pueden secuenciar. Esto se puede hacer mediante la secuenciación estándar de Sanger cuando solo se evalúan las inosinas en sitios específicos y en determinadas especies de ARN [17, 18], y es un enfoque semicuantitativo y económico. Sin embargo, con mayor frecuencia se utiliza en su lugar la secuenciación de ARN de alto rendimiento (RNA-seq). Esta es una técnica poderosa y altamente cuantitativa que permite la identificación de múltiples sitios de inosina en una muestra dada [19,20,21]. Sin embargo, el método es caro y requiere un buen conocimiento de herramientas analíticas computacionales.

Los errores de secuenciación, o mutaciones genómicas A-a-G, pueden dar lugar a asignaciones de inosina falsas positivas. Para validar si un sitio mutado A-to-G es de hecho un sitio editado A-to-I, se ha desarrollado el borrado químico de inosina (ICE) -Seq [22]. En este método, el ARN total se trata con acrilonitrilo antes de la secuencia de ARN. Este compuesto cianoetila las inosinas y las N1-cianoetilinosinas resultantes bloquean la RT. Al comparar los datos de secuencia de ARN obtenidos de la misma muestra con y sin tratamientos con acrilonitrilo, los sitios de inosina pueden detectarse de manera inequívoca. Este método, sin embargo, no puede detectar sitios con edición 100% A-to-I o múltiples modificaciones de inosina ubicadas en un rango cercano.

2.3. Otros metodos

Se pueden usar ARNasas específicas para escindir ARN que contienen inosina y resolver el ARN digerido mediante electroforesis en gel. Estos métodos son de bajo rendimiento y no completamente cuantitativos, pero son simples, económicos y particularmente útiles cuando la inosina no puede detectarse fácilmente mediante métodos basados ​​en RT (por ejemplo, ciertas especies de tRNA) [23].

Por ejemplo, la RNasa T1 es una enzima que escinde tanto la guanosina como la inosina. Es posible tratar el ARN que contiene inosina con glioxal / borato para proteger las guanosinas (pero no las inosinas) de la escisión por la RNasa T1. De esta manera, solo los sitios que contienen inosina se escindirán y podrán detectarse fácilmente [24, 25]. Alternativamente, la endonucleasa V (EndoV) escinde específicamente el ARN monocatenario en los sitios de inosina, generando fragmentos que pueden detectarse mediante transferencia Northern [26, 27]. EndoV también se ha utilizado para desarrollar la detección de inosina basada en ligadura ferulizada (SL-ID). En este método, el ARN se trata con EndoV y los productos de escisión resultantes (que contienen inosina) se capturan mediante oligonucleótidos puente específicos y se ligan mediante férula a un oligonucleótido de ligación radiomarcado, antes del análisis de los productos de reacción mediante electroforesis en gel y autorradiografía [23 ].

Más recientemente, desarrollos novedosos en tecnologías Nanopore están permitiendo la detección y cuantificación de inosina en ARN nativos mediante secuenciación de alto rendimiento sin la necesidad de RT [28].


Regulación de la estabilidad del ARNm

El recambio de ARNm es otro paso crucial en la regulación postranscripcional de la expresión génica, ya que los cambios en la abundancia de ARNm pueden alterar la expresión de genes específicos al afectar la abundancia de la proteína correspondiente. Se han propuesto varios mecanismos para describir cómo se produce la degradación del ARNm: la desintegración puede estar precedida por el acortamiento o la eliminación de la cola de poli (A) en el extremo 3 'y / o por la eliminación de la tapa de m7G en el extremo 5' [33]. . El recambio de un ARNm está regulado principalmente por cis-Elementos que actúan ubicados en el 3 'UTR, como los elementos ricos en AU (ARE), que promueven la desintegración del ARNm en respuesta a una variedad de señales intra y extracelulares específicas. Los ARE se han agrupado experimentalmente en tres clases: los ARE de clase I y II se caracterizan por la presencia de múltiples copias del pentanucleótido AUUUA, que está ausente en los ARE de clase III [34]. Los ARE de clase I controlan la desadenilación citoplásmica de los ARNm mediante la degradación de todas las partes de la cola poli (A) a la misma velocidad, generando intermedios con colas poli (A) de 30-60 nucleótidos, que luego se degradan por completo. Estos elementos se encuentran principalmente en ARNm que codifican factores de transcripción nuclear como c-Fos y c-Myc (los productos de genes de 'respuesta rápida') y también en ARNm de algunas citocinas, como las interleucinas 4 y 6. La presencia de una o más copias del pentanucleótido AUUUA junto a una región rica en U es la característica estructural de las ARE de clase I. Los ARE de clase II median la desadenilación citoplásmica asincrónica, en otras palabras, la cola de poli (A) se degrada a diferentes velocidades en diferentes transcripciones, generando ARNm sin colas de poli (A). Entre los ARNm que contienen esta señal se encuentran los que codifican las citocinas GM-CSF, interleucina 2, factor de necrosis tumoral α (TNF-α) e interferón-α. Los ARE de clase II se caracterizan por reiteraciones en tándem del pentámero AUUUA, y generalmente se encuentra una región rica en AU aguas arriba de estas repeticiones. Los ARNm que contienen ARE de clase III, como los que codifican c-Jun, no contienen el pentanucleótido AUUUA, pero tienen solo un segmento rico en U; muestran una cinética de degradación similar a la de los ARNm que contienen ARE de clase I.

La degradación de los ARNm también puede tener lugar después de la actividad de la endonucleasa, en un mecanismo independiente tanto de la desadenilación como del desencadenamiento. Se ha observado un mecanismo de este tipo para el ARNm que codifica el receptor de transferrina, una proteína que media la transferencia de hierro en la célula. La vía de degradación de este ARNm implica una escisión endonucleolítica en la región 3 'UTR que está mediada por el reconocimiento de estructuras IRE y está regulada por el nivel de hierro intracelular [35].

Los codones de iniciación aguas arriba y los ORF también pueden desempeñar un papel en la desintegración del ARNm a través de la ruta de desintegración del ARNm mediada sin sentido (NMD). La señal que desencadena la NMD es un codón sin sentido seguido de una unión de empalme (la unión entre dos exones eliminados) [36]. La presencia de la unión de empalme puede ser la forma en que los codones de parada normales se distinguen de los codones de terminación prematura. De hecho, los codones de parada normales y la UTR 3 'se encuentran normalmente en el último exón de la secuencia y, por tanto, no van seguidos de una unión de corte y empalme. Las uniones de exón se reconocen porque una proteína marcadora se une al transcrito que contiene el intrón en el núcleo, permanece unida a la unión del exón una vez finalizado el proceso de corte y empalme y se transloca al citoplasma con el ARNm procesado [11]. La maquinaria de traducción generalmente desplaza la proteína marcadora, evitando la degradación de los ARNm de tipo salvaje. Pero si el ribosoma encuentra un codón de parada que es prematuro o debido a la presencia de un ORF aguas arriba, se desmonta y las proteínas marcadoras en la unión del exón dirigen el ARNm aberrante hacia la NMD [37]. En Saccharomyces cerevisiae (que utiliza un elemento exónico aguas abajo, DSE, como la segunda señal que desencadena la NMD), los ARNm que contienen ORF aguas arriba funcionalmente activos, como los que codifican GCN4 o YAP1, no se degradan a través de la vía NMD porque contienen elementos de secuencia estabilizadores específicos de ARNm entre el ORF aguas arriba y la secuencia codificante que previene la activación de la vía NMD al interactuar con la ubiquitina ligasa Pub1 de unión al ARN [38].

Los ORF ascendentes también pueden regular la estabilidad del ARNm a través de un mecanismo independiente de NMD. El 5 'UTR del S. cerevisiae gene YAP2 contiene dos ORF ascendentes que inhiben el escaneo ribosómico y promueven la descomposición del ARNm [26]. El efecto desestabilizador se basa en el contexto del codón de terminación, que modula la eficiencia de la traducción y la estabilidad del ARNm. La Tabla 5 informa sobre algunos genes en los que se ha demostrado que los ORF ascendentes afectan la expresión génica.

Varios estudios han proporcionado evidencia de que muchos hnRNP no solo funcionan en el núcleo, sino que también participan en el control del destino del ARNm en el citoplasma [10] y pueden regular la traducción, la estabilidad del ARNm y la localización citoplásmica [37]. Un ejemplo es la regulación de la proteína precursora amiloide (APP) que aumenta el nivel de APP y es un factor importante que contribuye al desarrollo de la enfermedad de Alzheimer. La estabilidad del ARNm de APP depende de un elemento de 29 nucleótidos altamente conservado ubicado en el 3 'UTR que interactúa con varias proteínas de unión al ARN citoplásmico [39]. Curiosamente, aunque algunas de estas proteínas son fragmentos de nucleolina (que se sabe que se transporta entre el núcleo y el citoplasma), dos proteínas de 39 kDa y 38 kDa son subunidades de hnRNP C, vistas en este estudio por primera vez en el citoplasma. [40].


¿Por qué la región 3'UTR está altamente metilada en la mayoría de los genes humanos? - biología

Específico para primates Alus constituyen el 11% del genoma humano, con & gt1 millón de copias, y su distribución genómica está sesgada hacia regiones ricas en genes.

Las funciones de Alus están altamente asociados con su secuencia y características estructurales.

Alus pueden regular la expresión génica sirviendo como cis elementos.

Pol-III-transcrito gratis Alus afectan principalmente la transcripción de Pol II y la traducción de ARNm en trans.

Incorporado AluLos s dentro de los ARNm transcritos con Pol-II pueden afectar la expresión del gen del huésped mediante la regulación del corte y empalme alternativo y la estabilidad y traducción del ARN.

Casi la mitad de los anotados Alus se encuentran en intrones, apareamiento de ARN formado por orientación opuesta Alus a través de intrones promueve la biogénesis de circRNA.

Alu Los elementos pertenecen a la especificidad de los primates. SENO familia de retrotransposones y constituyen casi el 11% del genoma humano. Alus son transcritos por la ARN polimerasa (Pol) III y se insertan de nuevo en el genoma con la ayuda de LÍNEA retroelementos. Ya que Alu Los elementos están ubicados preferentemente cerca o dentro de regiones ricas en genes, pueden afectar la expresión génica mediante distintos mecanismos de acción tanto a nivel de ADN como de ARN. En esta revisión nos centramos en los avances recientes de cómo Alu Los elementos están implicados de forma generalizada en la regulación genética. Discutimos los impactos de Alu Secuencias de ADN que están muy próximas a los genes, libres de transcripción de Pol-III Alu ARN y Pol-II transcrito Alu ARN que están incrustados en transcripciones de ARN codificantes o no codificantes. La reciente elucidación de Alu Funciones revelan roles previamente subestimados de estas secuencias de ADN egoístas o basura en el genoma humano.


Patrones dinámicos de metilación del ADN en ratones y humanos IL10 genes durante la activación de células T CD4 + influencia de IL-27

La IL-10 desempeña un papel fundamental en el control de la inflamación y las funciones antiinflamatorias de la IL-10 se regulan en función de su expresión coordinada a partir de diversas fuentes celulares, sobre todo las células T. Aunque casi todas las subpoblaciones CD4 + pueden expresar IL-10, sorprendentemente se sabe poco sobre los mecanismos moleculares que controlan la inducción de IL-10, particularmente en humanos. Para examinar la regulación de la expresión de IL-10 humana, creamos el ratón transgénico hIL10BAC. Como se informó anteriormente, observamos la conservación de la expresión de IL-10 derivada de mieloide, pero encontramos que la IL-10 humana solo se expresaba débilmente en células T CD4 + esplénicas de ratones hIL10BAC. Dado que la metilación del ADN es un determinante importante de los perfiles de expresión génica, evaluamos los patrones de metilación del ADN en humanos y ratones. IL10 genes en células T CD4 + vírgenes y activadas. A través del ratón y el ser humano IL10 no hubo patrones obvios de metilación de CpG en células T CD4 + vírgenes después de la activación policlonal. En general, sin embargo, el humano IL10 gen tenía niveles significativamente más altos de metilación del ADN. Curiosamente, el cocultivo con la citocina IL-27 inductora de IL-10 conduce a una reducción específica del sitio en la metilación del ratón pero no del ser humano. IL10 gene. La desmetilación se localizó específicamente en un sitio intrónico adyacente a una región reguladora conocida. Nuestros hallazgos indican que mientras el ratón y el ser humano IL10 Los genes experimentan cambios variables en la metilación del ADN durante la activación de las células T CD4 +, IL-27 parece influir en la metilación del ADN en una región intrónica particular, asociándose así con la expresión de IL-10.


Biología

3 polisacáridos comunes:
1. glucógeno (todo glucosa, almacenamiento animal, alfa-1,4 para lineal, alfa-1,6 para ramificación)
2. almidón (todo glucosa, almacenamiento de plantas, alfa-1,4)
3. celulosa (toda glucosa, estructura vegetal, beta-1,4)

hidrofóbico, ya que C-C y C-H son apolares

todos los dobles enlaces son cis (z)

solo ácidos grasos pares

encontrado concentrado en balsas lipídicas

aumenta la fluidez a bajas temperaturas
disminuye la fluidez a altas temperaturas

5-3 síntesis (se refiere al número de carbonos en el que se forman los enlaces)

nucleótidos conectados por enlaces fosfodiéster: el OH en la parte inferior del azúcar (base de 5 extremos) se conecta al fosfato (base de 3 extremos) formando un enlace P-O

A y T tienen 2 enlaces H
C y G tienen 3 enlaces H

temperatura de fusión: temperatura a la que la mitad de los enlaces de H se pueden romper, eventualmente se desnaturalizarán

Los bonos CG son más estables que los bonos AT

más enlaces y hebras más largas significan una temperatura de fusión más alta

embalaje:
1. metilación: protección contra las enzimas de restricción (cortan el ADN viral que no está metilado)
2. superenrollamiento: también en eucariotas, la mayoría del ADN está superenrollado negativamente, los bucles se enlazan / desenrollan utilizando girasa y topoisomerasas

eucariotas: varios cromosomas lineales

eucromatina- cromatina abierta, expresión aumentada, los genes que se expresan continuamente se encuentran aquí

contener secuencias repetitivas

existen otros aminoácidos, pero no codones para ellos

mutación de transición- A & lt- & gt G, C & lt- & gt T
mutación de transversión conmutada purina / pirimidina

daño endógeno:
1. especies reactivas de oxígeno: oxidan el ADN
2. bases reticuladas
3. daño físico

daño exógeno:
1. Dímeros de pirimidina y radiación ultravioleta
2. Rayos X: roturas bicatenarias, translocaciones
3. productos químicos: intercalación

repeticiones invertidas - puntos de reconocimiento para transposón

tipos de transposones:
1. Elemento IS (códigos para transposasa)
2. transposón complejo (lleva genes adicionales)
3. transposón compuesto (flanqueado por 2 elementos IS)

dos transposones:
1. en la misma dirección: el ADN se pliega, elimina el gen del medio
2. en direcciones opuestas: el ADN se pliega, invierte el gen medio, no debería causar ningún problema si los genes reguladores se voltean

reparación de desajustes: después de la replicación del ADN, el lado con más grupos metilo debe ser la secuencia original, así que reemplace la secuencia del otro lado

reparación por escisión: antes de la replicación del ADN, reemplace una sola base

Unión de extremos homólogos: después de la replicación del ADN, reparación de roturas de doble hebra utilizando cromátida hermana como plantilla, cruce homólogo

Unión de extremos no homólogos: antes de la replicación, repara roturas de doble hebra, pierde parte de la secuencia.

Si la unión de extremos no homólogos se estropea, pueden producirse translocaciones que provoquen la fusión de genes.

El ADN se transcribe / lee 3 - & gt 5
El ARNm se sintetiza 5 - & gt 3

semiconservador, la hebra principal y la hebra retrasada pasan a cadenas de ADN separadas

prevenir daños en los extremos de los cromosomas lineales

3 tipos de ARN:
1. ARNr- ribosómico, esqueleto de ribosomas
2. mRNA- mensajero, se alimenta a la traducción
3. Transferencia de ARNt, lleva AA a los ribosomas

hebra de plantilla- hebra antisentido, la ARN polimerasa se une
hebra de codificación- hebra sentido, mismo código que el mRNA resultante, no transcrito

La ARN polimerasa se une al promotor en la hebra plantilla, que está junto al operador y al sitio START

los diferentes genes no tienen que estar cerca entre sí o en el mismo cromosoma para ser regulados juntos

el entorno determina la expresión génica, por ejemplo: la adición de nuevo azúcar inducirá la expresión de nuevas enzimas para digerir ese azúcar

Modelo de Jacob-Monod: describe el operón lac

promotor (se une al activador) - operador & gt (se une al represor) - genes lac & gt, desencadenan el metabolismo de la lactosa

lactosa ausente: el represor se une
presente de lactosa - hojas represoras

glucosa ausente: el activador se une
glucosa presente- activador deja

spliceosome- contiene snRNP, que contienen snRNA, maquinaria que empalma

eucariotas y procariotas tienen ribosomas diferentes

Los ribosomas se sintetizan en el nucleolo en eucariotas.

procariotas: subunidad grande (505), subunidad pequeña (305)
eucariotas: subunidad grande (605), subunidad pequeña (405)

1. enlace peptídico formado entre los aminoácidos A y P
2. El aminoácido P luego abandona el ARNt P
3. El ARNm se transloca para mover un aminoácido al sitio P

STOP codon: sin tRNA, en su lugar se une al factor de liberación para que el aminoácido final abandone su tRNA

5 / 3'-UTR: regiones no traducidas en cada extremo del ARNm, ayudan a la regulación de la traducción

modificación covalente: fosfoilación, puentes disulfuro

porción variable: ambas puntas en la parte superior de la forma de Y, reconoce el antígeno
porción constante- parte inferior de la forma de Y, difiere entre clases / isotipos

hecho de proteínas (la cápside suele ser icosaédrica o helicoidal y fibras de la cola) y ácidos nucleicos (ADN o ARN, ss o ds)

ciclo de vida general:
1. Especificidad del receptor-apego
2. inyección: entrega del genoma a la célula huésped

(-) ARN:
1. El ssRNA es una plantilla para el mRNA
2. La ARN polimerasa dependiente de ARN crea una plantilla complementaria para replicar más ARN ss original
3. La plantilla es traducida por los ribosomas de la célula huésped para producir cápsides y enzimas virales.

(+) ARN lisogénico (retrovirus como el VIH):
1. El ssRNA es el mismo que el mRNA
2. La ADN polimerasa dependiente de ARN (transcriptasa inversa) convierte el ARNss en ADNss
3. La ADN polimerasa del huésped convierte el ssDNA en dsDNA
4. insertos de dsDNA en el genoma de la célula huésped, provirus
5. transcrito para replicar ssRNA original y enzimas virales

se producen malos priones:
1. mutación espontánea (enfermedad de las vacas locas)
2. el gen puede ser heredado (insomnio familiar fatal)
3. ingestión de tejido enfermo (kuru)

La hepatitis D es un viroide que debe coincidir con la hepatitis B, que es causada por un virus regular.

membranas celulares:
1. Bacterias grampositivas: la pared celular hecha de peptidoglicano rodea la membrana celular, se tiñe de púrpura
2. Bacterias gramnegativas: pared celular de peptidoglicano rodeada por membranas celulares internas y externas, se tiñe de rosa, no se conjuga
3. flagelos: estructura basal unida a la pared / membrana celular, con un gancho que gira alrededor del filamento
4. sin colesterol

la superficie exterior tiene proteínas específicas que desencadenan una respuesta inmune única, algunas células extrañas pueden variar las proteínas presentadas en la superficie para evitar el sistema inmunológico

fuente de energía: la foto es ligera, la quimioterapia es ATP
fuente de carbono: auto es CO2, hetero son otros organismos

1. fotoautótrofos- plantas
2. quimioheterótrofos - animales
3. fotoheterótrofos: plantas carnívoras
4. quimioautótrofos: arqueobacterias

auxótrofos: no pueden sintetizar una molécula clave para vivir:
1. arg (-) - no se puede producir arginina
2. leu (-) - no puede producir leucina
3. lac (-) - no se puede usar lactosa

La conjugación es una característica de las bacterias gramnegativas.

Factor F: elemento circular de ADN que codifica el gen de la fertilidad, F + es masculino, F- es femenino

puente de conjugación: después de que la célula masculina produce pili sexuales y entra en contacto con la célula femenina, se forma un puente

El factor F se replica en la celda F + y se transfiere a la celda F-

alta frecuencia de recombinación (célula Hfr): factor F integrado en el genoma, por lo que la conjugación puede transferir otros del genoma bacteriano

si es proteína nuclear / mitocondrial / peroxisomal, finalizar la traducción en citosol

si se secreta / transmembrana / proteína lisosomal (como un anticuerpo), finalice la traducción en ER aproximado

si es una proteína transmembrana, la secuencia señal permanecerá como región transmembrana; de lo contrario, actúa como un ancla que se elimina más tarde

si es proteína nuclear, señal de localización nuclear

si la proteína ER, el transporte retrógrado la devuelve a ER desde Golgi

cuatro propiedades coligativas:
1. depresión del punto de congelación ocurre con más iones y mayor molalidad
2. elevación del punto de ebullición ocurre con más iones y mayor molalidad
3. la depresión de la presión de vapor ocurre con un aumento de soluto
4. La elevación de la presión osmótica ocurre con el aumento de solutos, temperatura y molaridad.

La elevación de la pb y la depresión de la fp son análogas al papel dependiente de la temperatura del colesterol en la membrana plasmática.

ósmosis: movimiento del agua por su gradiente de concentración

presión osmótica: el agua se mueve a una alta concentración de partículas de soluto, el agua se movería a 1 M de NaCl sobre 1 M de sacarosa

cuente la cantidad de iones, ¡no solo mire la concentración!

difusión simple:
1. membrana cruzada directamente
2. funciona bien para pequeñas moléculas hidrofóbicas como CO2, O2
3. también funciona para moléculas planas e hidrófobas más grandes

Difusión facilitada: utiliza proteínas auxiliares, funciona bien para pequeñas moléculas hidrofílicas como la glucosa.

primario- use directamente ATP
Na + / K + ATPasa:
1. bombea 3 Na + hacia fuera y 2 K + hacia adentro, usa 1 ATP
2. mantener el equilibrio osmótico
3. establecer gradiente eléctrico
4. configurar gradiente de sodio para transporte activo secundario

ATP de uso secundario para establecer gradiente electroquímico, gradiente de uso para impulsar el transporte
Simportador de Na + / glucosa:
1. glucosa y Na transportados desde la luz
2. impulsado por gradiente de Na, creado por Na / K ATPase

activa la adenilil ciclasa

procesar ATP en cAMP para amplificar el efecto

AMPc es un mensajero secundario, activa proteína quinasas dependientes de AMPc como proteína quinasa A, que fosforilan enzimas para activarlas

microfilamentos:
1. actina, ramificada del centrosoma
2. dos fibras de actina se retuercen juntas para formar tubos PEQUEÑOS
3. contracción muscular (miosina, troponina, Ca2 +), citocinesis, uniones adherentes y estrechas
4. algo de movilidad celular
5. proteína motora de miosina

filamentos intermedios:
1. diferentes proteínas
2. Tubos MEDIANOS
3. estructura

desmosomas- filamentos intermedios

uniones estrechas: actina, sellar el lumen para separar los ambientes (barreras epiteliales como sangre / lumen en el intestino)

Punto de control G1 / S: estrictamente regulado, haga un inventario de nucleótidos, enzimas, nutrientes para la replicación del ADN, enviado a la senescencia G0 si no pasa

Punto de control G2 / M: asegúrese de que la replicación del ADN sea completa, verifique si hay mutaciones

Las células atrapadas en un punto de control seguirán creciendo.

metafase
1. Las fibras del huso se adhieren a los centrómeros en los cinetocoros.
2. alinear los cromosomas en la placa

anafase:
1. Las cromátidas hermanas se separan
2. comienza la citocinesis

telofase:
1. ADN descondensado
2. núcleo de reforma
3. romper el eje
4. terminar la citocinesis

citocinesis:
1. la actina ayuda a dividir las células en el surco de escisión

2. genes supresores de tumores: codifican proteínas que ralentizan el ciclo celular, reparan el ADN y desencadenan la apoptosis, p53 es el ángel de la guarda

señales de muerte extracelular: apoptosis de células circundantes
señal de muerte intracelular - supresor de tumores, virus

apoptosis: desencadenada por factores internos, causa el encogimiento de las células, no afecta a otras células

profase I:
1. pares de cromosomas homólogos de tétradas, conectados por un complejo sinaptonémico
2. Se produce recombinación / cruzamiento entre pares homólogos
3. los cromosomas se condensan, la envoltura nuclear se rompe, se forman husos
4. ¡fase más larga!

metafase I:
1. las tétradas se alinean a lo largo de la placa de metafase

anafase I:
1. pares homólogos separados, cromátidas hermanas permanecen juntas
2. comenzar la citocinesis

telofase I:
1. Los cromosomas se descondensan, la envoltura nuclear se forma, los husos se rompen
2. termina la citocinesis
3. ahora se considera haploide, ya que cada celda tiene un solo conjunto

meiosis II:
1. idéntico a la mitosis, pero con células haploides
2. se forma ovocito / espermatocito, haploide

puede formar 2 ^ n gametos diferentes, n = número de haploides o cuántos cromosomas


Publicaciones

La tasa de mutación es un determinante importante de la dinámica evolutiva. Debido a que la tasa de mutación determina la tasa de aparición de mutaciones beneficiosas y perjudiciales, está sujeta a una selección de segundo orden. La tasa de mutación varía entre y dentro de las especies y poblaciones, aumenta bajo estrés y está genéticamente controlada por alelos mutantes. La tasa de mutación también puede variar entre individuos genéticamente idénticos: por ejemplo, la evidencia empírica de bacterias sugiere que la tasa de mutación puede verse afectada por errores de traducción y ruido de expresión en varias enzimas y proteínas. Es importante destacar que esta variación puede ser heredable a través de la herencia epigenética transgeneracional. Aquí investigamos cómo el modo de herencia de las tasas de mutación afecta la tasa de evolución adaptativa. Modelamos una población asexual con dos fenotipos de tasa de mutación, no mutante y mutante. Una descendencia puede cambiar de su fenotipo parental al otro fenotipo. Se permitió que la tasa de cambio entre los fenotipos abarcara un rango de valores de modo que la tasa de mutación pueda interpretarse como un rasgo heredado genéticamente cuando la tasa de cambio es baja, como un rasgo heredado epigenéticamente cuando la tasa de cambio es intermedia, o como un rasgo. rasgo aleatorio cuando la tasa de cambio es alta. Encontramos que la herencia epigenética de la tasa de mutación da como resultado las tasas más rápidas de adaptación en paisajes de aptitud empíricos y artificiales para la mayoría de los conjuntos de parámetros biológicamente realistas. Las poblaciones con una tasa de cambio intermedia son capaces de mantener el acoplamiento de un fenotipo mutador y mutaciones genéticas preexistentes, lo que ayuda a cruzar valles de aptitud. Además, la herencia epigenética permite que la población vuelva rápidamente a tasas de mutación bajas una vez que se logra la adaptación, evitando la acumulación de mutaciones deletéreas asociadas con mutantes. Nuestros resultados proporcionan una justificación para la evolución de la herencia epigenética de la tasa de mutación, lo que sugiere que podría haber sido seleccionado para facilitar la evolución adaptativa.

Los diferentes subconjuntos del conjunto de tRNA en células humanas se expresan en diferentes condiciones celulares. Los "tRNA de proliferación" se inducen tras la división celular normal y cancerosa, mientras que los "tRNA de diferenciación" son activos en células diferenciadas que no se dividen. Aquí examinamos la esencialidad de los diversos ARNt sobre el crecimiento y la detención celular. Establecimos un procedimiento de edición basado en CRISPR con sgRNA que cada uno se dirige a una familia de tRNA. Medimos la esencialidad del ARNt para el crecimiento celular y descubrimos que la mayoría de los ARNt de proliferación son esenciales en comparación con los ARNt de diferenciación en líneas celulares de rápido crecimiento. Sin embargo, en líneas de división más lenta, los ARNt de diferenciación eran más esenciales. Además, medimos la esencialidad de cada familia de ARNt en respuesta a las señales de detención del ciclo celular. Aquí detectamos un comportamiento más complejo con tRNA de proliferación y tRNA de diferenciación que muestran varios niveles de esencialidad. Estos resultados proporcionan la caracterización funcional más completa hasta ahora de los ARNt humanos con funciones intrincadas en varios estados celulares.

Tracing evolutionary processes that lead to fixation of genomic variation in wild bacterial populations is a prime challenge in molecular evolution. In particular, the relative contribution of horizontal gene transfer (HGT) vs. de novo mutations during adaptation to a new environment is poorly understood. To gain a better understanding of the dynamics of HGT and its effect on adaptation, we subjected several populations of competent Bacillus subtilis to a serial dilution evolution on a high-salt-containing medium, either with or without foreign DNA from diverse pre-adapted or naturally salt tolerant species. Following 504 generations of evolution, all populations improved growth yield on the medium. Sequencing of evolved populations revealed extensive acquisition of foreign DNA from close Bacillus donors but not from more remote donors. HGT occurred in bursts, whereby a single bacterial cell appears to have acquired dozens of fragments at once. In the largest burst, close to 2% of the genome has been replaced by HGT. Acquired segments tend to be clustered in integration hotspots. Other than HGT, genomes also acquired spontaneous mutations. Many of these mutations occurred within, and seem to alter, the sequence of flagellar proteins. Finally, we show that, while some HGT fragments could be neutral, others are adaptive and accelerate evolution.

Programmed ribosomal frameshifting (PRF) is the controlled slippage of the translating ribosome to an alternative frame. This process is widely employed by human viruses such as HIV and SARS coronavirus and is critical for their replication. Here, we developed a high-throughput approach to assess the frameshifting potential of a sequence. We designed and tested >12,000 sequences based on 15 viral and human PRF events, allowing us to systematically dissect the rules governing ribosomal frameshifting and discover novel regulatory inputs based on amino acid properties and tRNA availability. We assessed the natural variation in HIV gag-pol frameshifting rates by testing >500 clinical isolates and identified subtype-specific differences and associations between viral load in patients and the optimality of PRF rates. We devised computational models that accurately predict frameshifting potential and frameshifting rates, including subtle differences between HIV isolates. This approach can contribute to the development of antiviral agents targeting PRF.

Most human genes are alternatively spliced, allowing for a large expansion of the proteome. The multitude of regulatory inputs to splicing limits the potential to infer general principles from investigating native sequences. Here, we create a rationally designed library of >32,000 splicing events to dissect the complexity of splicing regulation through systematic sequence alterations. Measuring RNA and protein splice isoforms allows us to investigate both cause and effect of splicing decisions, quantify diverse regulatory inputs and accurately predict (R-2 = 0.73-0.85) isoform ratios from sequence and secondary structure. By profiling individual cells, we measure the cell-to-cell variability of splicing decisions and show that it can be encoded in the DNA and influenced by regulatory inputs, opening the door for a novel, single-cell perspective on splicing regulation.

The translation machinery and the genes it decodes co-evolved to achieve production throughput and accuracy. Nonetheless, translation errors are frequent, and they affect physiology and protein evolution. Mapping translation errors in proteomes and understanding their causes is hindered by lack of a proteome-wide experimental methodology. We present the first methodology for systematic detection and quantification of errors in entire proteomes. Following proteome mass spectrometry, we identify, in E. coli and yeast, peptides whose mass indicates specific amino acid substitutions. Most substitutions result from codon-anticodon mispairing. Errors occur at sites that evolve rapidly and that minimally affect energetic stability, indicating selection for high translation fidelity. Ribosome density data show that errors occur at sites where ribosome velocity is higher, demonstrating a trade-off between speed and accuracy. Treating bacteria with an aminoglycoside antibiotic or deprivation of specific amino acids resulted in particular patterns of errors. These results reveal a mechanistic and evolutionary basis for translation fidelity.

Splicing expands, reshapes, and regulates the transcriptome of eukaryotic organisms. Despite its importance, key questions remain unanswered, including the following: Can splicing evolve when organisms adapt to new challenges? How does evolution optimize inefficiency of introns' splicing and of the splicing machinery? To explore these questions, we evolved yeast cells that were engineered to contain an inefficiently spliced intron inside a gene whose protein product was under selection for an increased expression level. We identified a combination of mutations in Cis (within the gene of interest) and in Trans (in mRNA-maturation machinery). Surprisingly, the mutations in Cis resided outside of known intronic functional sites and improved the intron's splicing efficiency potentially by easing tight mRNA structures. One of these mutations hampered a protein's domain that was not under selection, demonstrating the evolutionary flexibility of multi-domain proteins as one domain functionality was improved at the expense of the other domain. The Trans adaptations resided in two proteins, Npl3 and Gbp2, that bind pre-mRNAs and are central to their maturation. Interestingly, these mutations either increased or decreased the affinity of these proteins to mRNA, presumably allowing faster spliceosome recruitment or increased time before degradation of the pre-mRNAs, respectively. Altogether, our work reveals various mechanistic pathways toward optimizations of intron splicing to ultimately adapt gene expression patterns to novel demands.

The localization of mRNAs encoding secreted/membrane proteins (mSMPs) to the endoplasmic reticulum (ER) likely facilitates the co-translational translocation of secreted proteins. However, studies have shown that mSMP recruitment to the ER in eukaryotes can occur in a manner that is independent of the ribosome, translational control, and the signal recognition particle, although the mechanism remains largely unknown. Here, we identify a cis-acting RNA sequence motif that enhances mSMP localization to the ER and appears to increase mRNA stability, and both the synthesis and secretion of secretome proteins. Termed SECReTE, for secretion-enhancing cis regulatory targeting element, this motif is enriched in mRNAs encoding secretome proteins translated on the ER in eukaryotes and on the inner membrane of prokaryotes. SECReTE consists of >= 10 nucleotide triplet repeats enriched with pyrimidine (C/U) every third base (i.e. NNY, where N = any nucleotide, Y = pyrimidine) and can be present in the untranslated as well as the coding regions of the mRNA. Synonymous mutations that elevate the SECReTE count in a given mRNA (e.g. SUC2, HSP150, and CCW12) lead to an increase in protein secretion in yeast, while a reduction in count led to less secretion and physiological defects. Moreover, the addition of SECReTE to the 3'UTR of an mRNA for an exogenously expressed protein (e.g. GFP) led to its increased secretion from yeast cells. Thus, SECReTE constitutes a novel RNA motif that facilitates ER-localized mRNA translation and protein secretion.

Technological breakthroughs in the past two decades have ushered in a new era of biomedical research, turning it into an information-rich and technology-driven science. This scientific revolution, though evident to the research community, remains opaque to nonacademic audiences. Such knowledge gaps are likely to persist without revised strategies for science education and public outreach. To address this challenge, we developed a unique outreach program to actively engage over 100 high-school students in the investigation of multidrug-resistant bacteria. Our program uses robotic automation and interactive web-based tools to bridge geographical distances, scale up the number of participants, and reduce overall cost. Students and teachers demonstrated high engagement and interest throughout the project and valued its unique approach. This educational model can be leveraged to advance the massive open online courses movement that is already transforming science education.

In experimental evolution, scientists evolve organisms in the lab, typically by challenging them to new environmental conditions. How best to evolve a desired trait? Should the challenge be applied abruptly, gradually, periodically, sporadically? Should one apply chemical mutagenesis, and do strains with high innate mutation rate evolve faster? What are ideal population sizes of evolving populations? There are endless strategies, beyond those that can be exposed by individual labs. We therefore arranged a community challenge, Evolthon, in which students and scientists from different labs were asked to evolve Escherichia coli or Saccharomyces cerevisiae for an abiotic stresslow temperature. About 30 participants from around the world explored diverse environmental and genetic regimes of evolution. After a period of evolution in each lab, all strains of each species were competed with one another. In yeast, the most successful strategies were those that used mating, underscoring the importance of sex in evolution. In bacteria, the fittest strain used a strategy based on exploration of different mutation rates. Different strategies displayed variable levels of performance and stability across additional challenges and conditions. This study therefore uncovers principles of effective experimental evolutionary regimens and might prove useful also for biotechnological developments of new strains and for understanding natural strategies in evolutionary arms races between species. Evolthon constitutes a model for community-based scientific exploration that encourages creativity and cooperation.

The epigenetic dynamics of induced pluripotent stem cell (iPSC) reprogramming in correctly reprogrammed cells at high resolution and throughout the entire process remain largely undefined. Here, we characterize conversion of mouse fibroblasts into iPSCs using Gatad2a-Mbd3/NuRD-depleted and highly efficient reprogramming systems. Unbiased high-resolution profiling of dynamic changes in levels of gene expression, chromatin engagement, DNA accessibility, and DNA methylation were obtained. We identified two distinct and synergistic transcriptional modules that dominate successful reprogramming, which are associated with cell identity and biosynthetic genes. The pluripotency module is governed by dynamic alterations in epigenetic modifications to promoters and binding by Oct4, Sox2, and Klf4, but not Myc. Early DNA demethylation at certain enhancers prospectively marks cells fated to reprogram. Myc activity drives expression of the essential biosynthetic module and is associated with optimized changes in tRNA codon usage. Our functional validations highlight interweaved epigenetic- and Myc-governed essential reconfigurations that rapidly commission and propel deterministic reprogramming toward naive pluripotency.


Additional data files

The following additional data are available with the online version of this paper: a figure showing nucleosome patterns surrounding the TSS, start codon, and stop codon in yeast and fly (Additional data file 1) a figure showing illustrative genes with nucleosomal peaks at coding boundaries (Additional data file 2) a figure showing DNA methylation level surrounding the transcript and coding region boundaries in the mouse liver (Additional data file 3) a figure showing nucleosome occupancy according to differential Pol II elongation efficiency (Additional data file 4) a figure comparing densities of Ser5-phosphorylated and unphosphorylated Pol II (Additional data file 5) a figure showing Pol II density with higher and lower nucleosome occupancy (Additional data file 6) a figure showing DNA bending propensity at the start and stop codons (Additional data file 7) a figure demonstrating the length of the 5' UTR and gene expression level for genes with high CpG density around the start codon (Additional data file 8) a figure showing the overall patterns of nucleosome occupancy and DNA methylation level inside the protein coding region (Additional data file 9).


Ver el vídeo: Video Número 3 Información Genética y Genotipo (Enero 2023).