Senyalització cel·lular i genòmica: resum de conceptes clau i mecanismes

TGF-beta i proliferació

TGF-beta és un factor de creixement que només indueix la proliferació cel·lular.

FALS - El TGF-beta pot tenir efectes pro- o anti-proliferatius depenent del tipus cel·lular i del context fisiològic o patològic.

Cadherines i dependència de calci

La unió homofílica de les cadherines és dependent de Ca2+

CERT - Per a la formació de lestructura rígida del domini extracel·lular de les cadherines és necessari Ca2+. Concretament, es necessiten tres molècules de calci entre cada un dels cinc dominis repetits de les cadherines.

Inactivació dels receptors tirosina quinasa

Descriu els mecanismes d'inactivació dels receptors de tirosina quinasa

1. Internalització del receptor mitjançant endocitosi.
2. Degradació del receptor mitjançant ubiquitinació i via lisosomal o proteasòmica.
3. Hetero-oligomerització del receptor amb variants que no tenen domini tirosina quinasa intracel·lular.
4. Desfosforilació per enzims amb activitat tirosina fosfatasa.
5. Downregulació per fosforilació mitjançant PKC.
6. Unió del receptor amb lligands antagonistes que impedeixen l'activació.

Heat shock proteins i receptors nuclears

Les proteïnes de shock tèrmic (heat shock proteins, HSPs) retenen alguns receptors nuclears en el nucli.

FALS - Les HSPs retenen alguns receptors esteroidals al citoplasma fins que s'uneixen al seu lligand corresponent, evitant la translocació nuclear en absència de lligand.

Senyalització outside-in d'integrines

La senyalització outside-in de les integrines s'inicia per la separació dels seus dominis intracitoplasmàtics.

VERDADER / ACLARACIÓ - La senyalització outside-in s'inicia quan el domini extracel·lular de lheteròmer alfa-beta interacciona amb el lligand i es desplega, fet que provoca la separació/reestructuració dels dominis intracitoplasmàtics de les cadenes alfa i beta i la posterior reclutació de proteïnes de senyalització.

Diferències entre genomes eucariòtics i procariòtics

Descriu les tres principals diferències entre l'organització de genomes eucariòtics i procariòtics

1. Els genomes eucariòtics contenen una alta proporció de seqüències repetitives, incloent transposons; poden arribar a representar un percentatge elevat del genoma.
2. Els gens eucariotes solen contenir exons i introns; les seqüències codificants representen sovint només un 5-10% del genoma d'un gen.
3. Els genomes eucariòtics expressen una gran varietat d'RNAs no codificants, incloent lncRNAs que poden ser tan nombrosos com els mRNAs i amb funcions majoritàriament poc conegudes.

Receptors nuclears i elements HRE

Els receptors nuclears per hormones esteroides s'uneixen com homodímers a repeticions directes de l'element responsive a l'hormona (HRE).

FALS - Sovint s'uneixen com homodímers a repeticions invertides en el cas de molts receptors; la configuració depèn del tipus de receptor.

Senyalització inside-out d'integrines

La senyalització inside-out de les integrines s'inicia per la separació del domini d'unió al lligand.

FALS - La senyalització inside-out s'inicia per la separació/rearranjament dels dominis citoplasmàtics en establir interaccions amb proteïnes adaptadores com talina, cosa que augmenta l'afinitat del domini extracel·lular pel lligand.

FAK i migració

Fibroblasts deficients en FAK poden migrar

VERDADER - Tot i que migren més lentament que els de tipus salvatge. La FAK contribueix a desmuntar adhesions antigues i reorganitzar eficientment l'actina. Els fibroblasts sense FAK conserven altres mecanismes d'adhesió i citoesqueletals, com les integrines.

Imatge: EGF i NGF

Look at this cartoon and briefly respond to the following questions.

Quin tipus de circuit activen EGF i NGF?

• EGF (factor de creixement epidèrmic) activa principalment un feedback negatiu.
• NGF (factor de creixement nerviós) activa principalment un feedback positiu.

Dinàmica d'activació d'ERK amb EGF o NGF

• Amb EGF, a causa del feedback negatiu, es produeix un pic molt curt d'activació de MAPK que desapareix ràpidament (transient).
• Amb NGF, gràcies al feedback positiu, l'activitat d'ERK es manté elevada durant molt més temps tant en citoplasma com en nucli (sostenida).

Destí cel·lular amb EGF o NGF

• EGF: desencadena proliferació. Un senyal ràpid i curt d'ERK s'interpreta com ordre de dividir-se.
• NGF: desencadena diferenciació. Un senyal sostingut d'ERK activa gens específics que promouen diferenciació.

Dominis SH2 versus PTB

Expliqueu les diferències entre els dominis SH2 i PTB en la senyalització de receptors tirosina quinasa

Els dominis SH2 reconeixen i s'uneixen específicament a residus de fosfotirosina en seqüències d'àmbit concret, facilitant el reclutament de proteïnes amb funcions catalítiques o adaptadores. Els dominis PTB poden unir-se a fosfotirosines o a motius no fosforilats depenent del context; sovint reconeixen motives específics de seqüència propers a llocs de fosforilació.

Receptors nuclears i lligands

Els receptors nuclears medien les accions genòmiques de molècules hidrofíliques presents a la dieta.

FALS - Medi en les accions genòmiques d'una àmplia gamma de molècules lipídiques bioactives presents en la dieta i en el metabolisme, ja que la majoria de receptors nuclears s'uneixen a lligands lipídics o derivats lipídics.

Proteïnes pocket i E2F

La forma desfosforilada és la conformació activa de les pocket proteins.

VERDADER - Aquesta conformació pot unir-se i inhibir la família de factors de transcripció E2F.

SASP i funcions anti-tumorígenes

El SASP pot tenir accions anti-tumorígenes

VERDADER - El SASP allibera factors que potencien la senescència autocrina i paracrina i citocines que alerten el sistema immune, contribuint en alguns contextos a la supressió tumoral.

Ferropoptosis i immunogenicitat

La ferroptosi és un tipus d'apoptosi immunogènica

VERDADER - La ferroptosi finalitza sovint amb la pèrdua d'integritat de la membrana i l'alliberament de factors que provoquen inflamació i activació immune; se la considera immunogènica en molts contextos.

Proteïna pocket i propietats supressores

El domini pocket de les pocket proteins és responsable de les seves propietats supressores de tumors

VERDADER - Mitjançant aquesta regió interaccionen amb oncoproteïnes virals, factors E2F i remodeladors de la cromatina, contribuint a l'activitat supressora.

Envelliment i deficiències de reparació d'ADN

Lenvelliment prematur és comú en deficiències hereditàries en la reparació d'ADN

VERDADER - L'acumulació de dany en l'ADN per reparació defectuosa condueix a l'acumulació de cèl·lules senescents, un tret característic de lenvelliment.

Sequenciació per a una espècie desconeguda

Quin mètode de seqüenciació usaríeu per determinar genoma i transcriptoma duna espècie animal recentment descoberta?

Les tecnologies de tercera generació, especialment Oxford Nanopore i PacBio, proporcionen lectures llargues que faciliten l'assemblatge de genomes complexos i rics en repeticions. Aquestes tecnologies també són útils per mapar transcrits, variants i modificacions químiques en l'ARN, ajudant a descriure qualitativament el transcriptoma duna espècie nova.

Inhibidors de tirosina quinasa

Expliqueu els diferents tipus dins la recerca i ciències biològiques

• Tipus I: competidors de lATP que imiten la purina de latòm adenina; interaccionen amb el lloc catalític actiu i solen ser reversibles.
• Tipus II: s'uneixen al lloc catalític de la conformació inactiva no fosforilada; reversibles i sovint més selectius que els tipus I.
• Tipus III: inhibidors al·lostèrics que s'uneixen fora del domini catalític i modulen lactivitat; alt grau de selectivitat.
• Tipus IV: interaccionen amb el lloc d'unió del substrat, no competeixen amb lATP i ofereixen major selectivitat.
• Tipus V: formen enllaços covalents irreversibles amb el lloc actiu de la quinasa.

Biogènesi i funció de microRNAs i siRNAs

Expliqueu biogènesi i mecanisme dels microRNAs i diferències respecte als siRNAs

Els microRNAs (miRNAs) es sintetitzen al nucli com a pri-miRNAs que contenen stem-loops; Drosha els talla per generar pre-miRNAs. Aquests es exporten al citoplasma mitjançant exportina 5 i són processats per Dicer per generar duplexos miRNA/antisentit. El miRNA guia un dels fils al complex RISC, que reconeix seqüències parcialment complementàries a la regió 3 UTR dels ARNm i inhibeix la traducció o promou la degradació. Els siRNAs provenen sovint darrere dARN bicatenari exogen o experimental, es processen per Dicer i, quan suneixen amb complementarietat completa a un ARNm, provoquen el clivatge i la degradació d'aquest ARNm mitjançant RISC. La diferència clau és el grau de complementarietat: completa per siRNAs (clivatge) i parcial per miRNAs (inhibició de la traducció i degradació translacional).

Característiques genòmiques per fallades en checkpoints

Explica les característiques genòmiques de cèl·lules amb fallades en punts de control

1. Fallades en els checkpoints sensibles al dany de lADN (G1/S, intra-S, G2/M) provoquen inestabilitat genòmica: amplificacions, delecions i translocacions.
2. Fallades en el checkpoint de la fase M (anclatge cromosòmic al fus) provoquen inestabilitat cromosòmica, aneuploïdia i poliploïdia per errors en la formació del fus i dels centrosomes.

Genes específics de teixit en cèl·lules mare embrionàries

Tissue-specific genes are poised in mouse embryonic stem cells.

VERDADER - Estan en un estat preparat per ser activats ràpidament quan les cèl·lules ES reben senyals de diferenciació.

Activació de PLCgamma i productes

Com s'activa la PLC-gamma en resposta a creixement i quin és el producte resultant?

El receptor tirosina quinasa s'autofosforila i recluta PLC-gamma mitjançant els dominis SH2. La fosforilació de PLC-gamma incrementa la seva activitat catalítica. PLC transforma el fosfatidilinositol-4,5-bisfosfat (PIP2) en diacilglicerol (DAG) i inositol-1,4,5-trifosfat (IP3).

Activació de RAS i RAF per EGF

Descriu com RAS i RAF s'activen en resposta a EGF

EGF s'uneix al seu receptor, que dimeritza i s'autofosforila en tirosines. GRB2, una proteïna adaptadora amb un domini SH2 i dos SH3, recluta SOS mitjançant interaccions SH3. GRB2-SOS s'ubica a la membrana i SOS actua com GEF per Ras, promovent l'intercanvi de GDP per GTP activant Ras. Ras-GTP s'uneix i activa RAF, que es recluta a la membrana i sofreix fosforilacions que permeten la seva activació i la subseqüent cascada MAPK.

TGF-beta i cèl·lules epitelials

Una de les característiques de TGF-beta és la seva capacitat d'induir la proliferació a les cèl·lules epitelials

FALS - El TGF-beta inhibeix sovint la proliferació de cèl·lules epitelials; aquesta propietat va ser clau per aïllar receptors i identificar la seva via en diversos estudis.

Funció de la FAK

La focal adhesion kinase (FAK) fosforila proteïnes implicades en la formació i ruptura d'unions focals

VERDADER - FAK regula l'estabilitat i dinàmica del citoesquelet d'actina fosforilant proteïnes implicades tant en promoure rigidesa com en la desestabilització de fibres d'actina.

MET i metàstasi

La transició mesènquima a epitelial (MET) és important en la metastatització

VERDADER - Tant EMT com MET són processos essencials en la formació de metàstasi: EMT facilita invasió i entrada a la circulació i MET permet la colonització i establiment en el nou teixit.

Dominis dels receptors nuclears

Explica breument els dominis dels receptors nuclears

Els receptors nuclears són modulares: dominin de unió al DNA (normalment amb dits de zinc), domini d'unió al lligand (LBD) que condiciona canvis conformacionals i domini(s) reguladors que interaccionen amb cofactors. El dit de zinc s'alinea amb el DNA i el dimer actiu s'uneix a seqüències específiques que poden ser palindròmiques o repeticions directes segons el receptor.

Quiescència versus senescència

Explica les diferències entre cèl·lules quiescents i senescents

Les cèl·lules quiescents han sortit del cicle per diferenciació, deprivació de mitògens o contacte; són metabòlicament actives i poden reentrar al cicle. Les cèl·lules senescents han arribat al límit de Hayflick o presenten danys irreparables; són irreversiblement arrestades, metabòlicament alterades, no responen a mitògens i sovint expressen beta-galactosidasa a pH àcid i un SASP proinflamatori.

Variació del contingut dDNA durant cicles

Descriu les variacions del contingut de DNA durant un cicle mitòtic i meiòtic en mamífers

Mitosi:

G0 i G1: 2n (diploide). S: >2n i <4n. G2 i M: 4n (tetraploide). Final de la mitosi: 2n.

Meiosi:

Primer G1: 2n. Primera S: >2n i <4n. Primera G2 i M-I: 4n. Després de la primera divisió (post M-I): each cèl·lula té 2n però amb cromàtides germanes segregades; a la segona divisió (M-II) passen a n; final: n (haploide).

Shinya Yamanaka i iPSCs

Indica els fets de Yamanaka per què va rebre el Nobel i la repercussió en medicina regenerativa

Yamanaka va identificar quatre factors (Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc) que reprogramaven cèl·lules diferenciades en cèl·lules mare pluripotents induïdes (iPSC). Aquesta troballa permet generar iPSC humanes a partir de pacients i modelar malalties, provar fàrmacs i obrir possibilitats en medicina regenerativa i teràpies cel·lulars, tot i que hi ha reptes de seguretat i eficiència per resoldre.

Panorama epigenètic del promotor Oct4

Com és el panorama epigenètic del promotor dOct4 en cèl·lules pluripotents i com canvia en diferenciació

En cèl·lules pluripotents, el promotor dOct4 està ocupat per factors com Oct4, Sox2, Nanog i altres, lliure de metilació del DNA i marcat amb modificacions dactivació com H3K4me3; la cromatina és oberta i permissiva per a la transcripció. Al diferenciar-se, complexes repressors com els Polycomb (PRC1/PRC2) i HDACs promouen la desacetilació dhistones i la metilació reprimidora com H3K27me3, la cromatina es compacta i s'incorpora metilació del DNA per DNA metiltransferases, silenciant Oct4.

Nucleació dels microtúbuls

Explica el mecanisme de nucleació dels microtúbuls

La nucleació requereix gamma-tubulina i proteïnes associades que formen el complex en anell de la gamma-tubulina, que actua com a andami per a la polimerització d'alfa i beta-tubulina. Aquest complex serveix de cap a lextrem - i permet el creixement a lextrem +, i és present en centres organitzadors de microtúbuls com el centrosoma.

Regulació combinatòria per miRNAs

Explica el principi de regulació combinatòria per microRNAs

Un mateix ARNm pot contenir múltiples llocs de unió per diferents miRNAs a la seva regió 3 UTR. Limpacte sobre la traducció dun ARNm és la suma o la interacció de les accions dels diversos miRNAs expressats en una cèl·lula determinada, depenent dels nivells de cada miRNA i de la complementarietat als seus llocs.

Dany tissular, envelliment i reprogramació

Consequències del dany cel·lular i lenvelliment sobre la reprogramació cel·lular in vivo

El dany tissular i lenvelliment afavoreixen lacumulació de cèl·lules senescents que secreten factors (per exemple IL-6) que poden potenciar la reprogramació cel·lular o modular lenvironment immune i regeneratiu, amb efectes complexos depenent del context.

Imatge: dinàmica ERK

Aquesta figura mostra la dinàmica dactivació de la MAPK ERK.

• La dinàmica de fosforilació dERK és clau per determinar el tipus de resposta cel·lular.
• Factors com EGF i NGF activen la via amb dinàmiques diferents (transient vs sostinguda).
• La resposta transitòria sovint condueix a proliferació, la sostinguda a diferenciació.

Funció de CDC20

Explica la funció de la proteïna CDC20

CDC20 és un regulador del complex ubiquitina ligasa APC/C durant la fase M. APC/C-CDC20 promou la degradació de ciclina B1 i securina, permetent la sortida de la mitosi i la separació de cromàtides. Sense APC/C-CDC20, MPF roman actiu i la separació de cromàtides queda bloquejada.

Inestabilitat dinàmica de microtúbuls

Gràfic del procés d'inestabilitat dinàmica de microtúbuls

La inestabilitat dinàmica és lacíclica assemblatge i desassemblatge dels microtúbuls governada per lhidròlisi de GTP. Un event de catàstrofe és el canvi sobtat de creixement a desassemblatge; un event de rescat és la reaparició del creixement després duna catàstrofe.

Mutacions per a dominant negatiu del receptor I de TGF-beta

Indica quines mutacions es podrien introduir per crear una forma dominant negativa del receptor I de TGF-beta

Estratègies possibles: 1) mutar els llocs de fosforilació per part del receptor II a alanina perquè no siguin fosforilats però conservin la unió; 2) mutar el lloc catalític o el lloc dunió a ATP del receptor I per impedir que fosforili substrats però que encara suneixi al receptor II; 3) generar variants truncades que sunitzin als heteròmers sense activitat i bloquegin la senyalització. Cal validar experimentalment l'efecte dominant negatiu en assajos dactivitat.

Imatge: activitat de Src

Explica què creus que està passant en aquest cultiu quant a lactivitat de Src i causes

Es poden distingir dos fenòmens: un augment dadherència cel·lular i formació dunions focals que activa Src-FAK, i una acció no genòmica del receptor de progesterona que activa Src de forma ràpida. Lactivació en pocs minuts indica mecanismes no genòmics; un augment més tardà podria ser la combinació dadherència i efectes genòmics de la progesterona.

Activació dERK i adhesió a matriu

La activació de les MAPKs ERK és independent de ladhesió a la matriu extracel·lular

FALS - Lactivació de la via ERK i ladhesió a la matriu són sinèrgics en cèl·lules que creixen en adhesió. Ladherència mediada per integrines i transmesa per FAK augmenta lactivació dERK en presència de factors de creixement; en absència de factors de creixement, ladherència pot activar MAPKs mitjançant FAK.

Beta catenina i estabilitat

Beta catenina...

Si la beta-catenina no és fosforilada per GSK3, la seva degradació per proteosoma (mediada per GSK3 i APC) es bloqueja, i la beta-catenina tendeix a translocar-se al nucli i actuar com coactivador transcripcional de factors implicats en proliferació i EMT. Aquest procés està relacionat amb capacitat metastàtica en alguns teixits.

GAPs i GEFs

Funció de GAP i GEF en proteïnes G monomèriques, exemple Ras

• Les proteïnes G com Ras estan ancorades a la membrana i són inactives quan estan unides a GDP.
• Les GEFs promouen lintercanvi GDP per GTP activant la proteïna G.
• Les GAPs estimulen la GTPasa intrínseca de la proteïna G, promovent la hidrolisi de GTP a GDP i retornant-la a la forma inactiva.

Classes dRNAs no codificants

Enumera les principals classes dRNAs no codificants

a) RNAs de transferència (tRNAs). b) RNAs ribosomals (rRNAs). c) small nuclear RNAs (snRNAs). d) small nucleolar RNAs (snoRNAs). e) microRNAs (miRNAs). f) long non-coding RNAs (lncRNAs).

Mutació T160 de CDK1 per CRISPR

Substitució de la treonina 160 de CDK1 per alanina

La substitució de T160 per una alanina impedirà la fosforilació per CAK i per tant lactivació de CDK1. Això generarà fenotips associats a falta dactivitat de CDK1 durant la fase M, amb bloqueig a G2 i incapacitat de dividir-se, impedint la formació de colònies per la cèl·lula mutant.

Regulació de beta-catenina via Wnt

Explica la regulació de la beta-catenina per la ruta Wnt

En absència de Wnt la beta-catenina és fosforilada per GSK3beta dins del complex de degradació, ubiquitinada i degradada pel proteosoma. Quan Wnt suneix a Frizzled i LRP, el complex es desorganitza, GSK3beta sinhibilita i la beta-catenina s'acumula, transloca al nucli i forma complexos amb TCF per activar gens diana.

Integrines i acció de mitògens

Les integrines poden modular lactivitat de mitògens com lEGF

VERDADER - El coclustering d'integrines i receptors de factors de creixement facilita la seva senyalització i pot potenciar lactivitat dEGF i altres receptors tirosina quinasa.

Autofosforilació de FAK

La autofosforilació de FAK és necessària per la seva activació

VERDADER - Lautofosforilació en una tirosina crea un lloc de unió per la SH2 de Src, que posteriorment pot fosforilar FAK en múltiples residus i amplificar la senyal.

Receptor de progesterona i Src

El receptor de progesterona pot interactuar amb Src i activar ERK-MAPK

VERDADER - Aquesta és una funció no genòmica d'un receptor esteroide; el receptor pot interaccionar amb Src i activar la cascada ERK de manera ràpida i citoplasmàtica.

PTEN com a supressor de tumors

PTEN és una fosfatasa que degrada PIP3 a PIP2. Pot considerar-se supressor de tumors?

PTEN antagonitza la via PI3K-AKT degradant PIP3 a PIP2. La pèrdua de PTEN produeix nivells elevats de PIP3 i activació sostenida dAKT, que potencia supervivència i proliferació; per tant, PTEN es considera un supressor de tumors en molts contextos.

Comparativa de generacions de seqüenciació

Compara les característiques principals de les 3 generacions de mètodes de seqüenciació de lADN

Primera generació (Sanger/Maxam-Gilbert): seqüenciació duna població de molècules idèntiques, longituds de lectura llargues rellevants per a clones (100-1000 bp).

Segona generació (NGS, e.g. Illumina): seqüenciació massiva paral·lela de milions de fragments curts amb alta cobertura i precisió, lectures típiques 100-300 bp.

Tercera generació (Oxford Nanopore, PacBio): lectura directa de molècules individuals sense amplificació prèvia, lectures molt llargues (kb a centenars de kb), útils per a assemblatge de genomes i detecció de variants estructurals i modificacions.