Regulación génica

El ADN es como una biblioteca con cientos de libros que se encuentra en el núcleo de las células. Algunos de estos libros, llamados genes, son muy importantes porque contienen las recetas para elaborar cada una de las proteínas que hay en la célula Algunas de estas proteínas son necesarias en todas las células, como las proteínas del citoesqueleto.

Pero otras, como los neurotransmisores, solo son necesarias en determinados tipos de células, como las neurona La regulación génica es lo que permite que las células adecuadas produzcan las proteínas correctas en el momento preciso.

A nivel molecular, el ADN está formado por dos cadenas de nucleótidos y cada gen es solo un segmento de esta secuencia de nucleótidos.

Hay cuatro tipos de nucleótidos: adenina, guanina, timina y citosina, es decir, A, G, T y C. La molécula de ADN está enrollada en unas proteínas estructurales llamadas histonas que empaquetan el ADN en nucleosoma En conjunto, todo el ADN más las histonas se llama cromatina.

El proceso de descodificación de la información almacenada en el ADN se denomina expresión génica, e incluye la transcripción y la traducción.

La transcripción consiste en que la enzima ARN polimerasa utiliza el gen como molde para crear una molécula que pueda salir del núcleo.

Esta molécula se denomina ARN mensajero, o ARNm, y tiene la misma secuencia de nucleótidos que el gen, con una diferencia: tiene nucleótidos uracilo, o U, en lugar de timin Este mensaje está codificado de manera que un grupo de tres nucleótidos equivale a un codón específico que codifica un aminoácido o es un codón de parada que significa que la proteína está completa.

En la traducción, unas proteínas especializadas del citoplasma llamadas ribosomas utilizan el molde del ARNm para crear una cadena de aminoácidos que conforma la proteína.

La regulación de los genes puede producirse a nivel de la transcripción, de la postranscripción, que está entre la transcripción y la traducción, o de la traducción.

Empecemos por la regulación transcripcional, y para entenderla, vamos a analizar la transcripción. La transcripción comienza con la unión de los factores de transcripción generales a una secuencia de ADN única, llamada promotora, justo antes del gen.

Los factores de transcripción generales ayudan a desenrollar la hélice de ADN para que la ARN polimerasa pueda transcribir el gen.

Sin embargo, los factores de transcripción generales solo pueden unirse a la secuencia promotora si el ADN no está demasiado apretado alrededor de las histona Por lo general, los genes que la célula utiliza con más frecuencia (como los genes de la hemoglobina en los eritrocitos) están empaquetados de forma más suelta y, por lo tanto, es más fácil acceder a ello Una forma interesante de regulación génica, llamada epigenética, también puede hacer que los genes sean más o menos accesibles a los factores de transcripción generales y a la ARN polimerasa.

La epigenética se refiere a las modificaciones químicas que activan o silencian selectivamente ciertos genes sin modificar la secuencia de nucleótidos del ge Estos cambios pueden producirse en las histonas o en el propio ADN.

En el caso de las histonas, suele ocurrir por acetilación (se añade un grupo acetilo), desacetilación (se elimina) o por metilación (se añade un grupo metilo).

Cuando una enzima llamada histona acetilasa añade un grupo acetilo a las histonas, esto disminuye su atracción por el ADN, por lo que los genes se vuelven más accesibles para la ARN polimerasa Por otro lado, si otra enzima llamada histona desacetilasa elimina un grupo acetilo, se produce el efecto contrario: aumenta la atracción entre el ADN y las histonas, por lo que el ADN se envuelve más firmemente alrededor de las histonas y los genes son menos accesibles.

La metilación puede tanto aumentar como disminuir la transcripción, dependiendo de cuántos grupos metilo se añadan. Si solo se añade un grupo metilo, disminuye la atracción entre el ADN y la histona, por lo que los genes son fácilmente accesibles.

Sin embargo, si se añaden dos o tres grupos metilo, la histona se inhibirá, o se bloqueará, impidiendo la transcripción de esos genes.

Por otro lado, los cambios epigenéticos en el ADN se basan principalmente en la metilación: la adición de un grupo metilo, generalmente a un residuo de citosina, impide que los factores de transcripción generales se unan al promotor, lo que disminuye la expresión del gen La metilación del ADN también estimula la desacetilación de las histonas, lo que inhibe aún más la transcripción Así que digamos que en base a las modificaciones epigenéticas, el gen está expuesto y listo para ser transcrit A veces las células necesitan aumentar o disminuir la transcripción de un determinado gen, y aquí intervienen otros tipos de factores de transcripción llamados activadores o represore Los activadores ponen en marcha la transcripción de los genes mediante una regulación positiva.

Se unen a una secuencia del ADN llamada potenciador, que se encuentra en la misma cadena de ADN que el gen; a veces está cerca del promotor, pero otras veces está aguas arriba o aguas abajo.

Así, si el estímulo adecuado (un ligando) llega a la célula, el activador se desplaza del citoplasma al núcleo y se une al potenciador.

Una vez que el activador se une al potenciador, puede formar un bucle en el ADN que facilita aún más que los factores de transcripción generales y la ARN polimerasa se unan a la región promotora.

Además, los activadores ayudan a reclutar histona acetiltransferasas, lo que también favorece la unión de la ARN polimerasa y la transcripció Por otro lado, hay represores que inhiben la transcripción de los genes mediante una regulación negativa.

Los represores se unen a una secuencia de ADN llamada silenciador, que también se encuentra en la misma cadena de ADN que el ge Cuando el represor está inactivo, flota libremente en el citoplasma.

Pero cuando la proteína represora está activa, se desplaza al núcleo, se une a la secuencia silenciadora e impide que la ARN polimerasa se una al promotor, inhibiendo así la transcripción Los represores también pueden reclutar histonas desacetilasas, que también inhiben la unión de la ARN polimerasa y la transcripción.

El receptor de la hormona tiroidea es un ejemplo interesante porque puede actuar como represor o como activador, dependiendo de la situación.

Cuando no hay hormona tiroidea en el citoplasma, el receptor tiroideo se comporta como un represor. Se une a otra proteína llamada correpresor y se unen a la secuencia silenciadora del ADN y reclutan histona desacetilasas, inhibiendo la transcripción.

Sin embargo, una vez que la hormona tiroidea entra en la célula, se une al receptor tiroideo y cambia su estructura. Ahora la hormona se comportara como un activador.

El receptor tiroideo libera el correpresor y se une a un coactivador en su lugar. Se unen a la región potenciadora y reclutan histona acetilasas, estimulando la transcripción.

Una vez transcrito un gen, tiene lugar la regulación postranscripcional, que incluye el corte y empalme del ARN y su procesamient El ARN recién formado tiene exactamente la misma secuencia de nucleótidos que el gen.

Sin embargo, los genes contienen secuencias codificantes, que se llaman exones, y secuencias no codificantes, que se llaman intrones Por ello, el ARN tiene que cortarse y empalmarse, que significa que interviene un complejo proteínico molecular llamado espliceosoma que elimina los intrones de la molécula de ARN, convirtiendo el ARN mensajero, o ARNm, en un mensaje mucho más eficaz.

Algo así como la edición de video, cuando se cortan fragmentos del metraje en bruto para obtener un corte final mucho más limpio.

Aquí puede ocurrir algo interesante, que se llama corte y empalme alternativo. Por ejemplo, digamos que hay una cadena de ARN como esta: exón 1 - intrón 1 - exón 2 - intrón 2 - exón 3.

Dependiendo de las proteínas que la célula necesite sintetizar, el espliceosoma podría hacer algunas cosas diferentes. Puede ser que uno, dos o tres de los exones se conviertan en piezas separadas de ARN, y que cada una de ellas se convierta en una proteína.

O se podría cortar toda la secuencia desde el inicio del intrón 1 hasta el final del intrón 2, llevándose así el exón 2.

En este caso, solo se sintetizarán dos proteínas, los productos del exón 1 y del exón 3. Por último, una vez que se han realizado todos los cambios postranscripcionales en el ARN, la secuencia de ARN resultante se denomina ARN mensajero, o ARNm En el citoplasma hay unas enzimas llamadas exonucleasas.

Estas exonucleasas pueden cortar los nucleótidos de los extremos del ARNm, que ahora codifican aminoácidos. Para evitarlo, el ARNm se procesa, es decir, recibe un capuchón y una cola de poli-A.

Esto significa básicamente que el ARN recibe una molécula protectora de 7-metil-guanina en su extremo 5' (el capuchón). La cola de poli-A en el extremo 3' es una larga secuencia de nucleótidos adenina, normalmente más de 250.

Ahora el ARNm tiene una vida más larga, por lo que se pueden fabricar más proteínas con la misma molécula de ARN Aunque es infrecuente, puede producirse otra forma de regulación postranscripcional, denominada edición del ARN.

En este caso, enzimas específicas cambian la secuencia de codificación mediante la inserción, deleción o sustitución de nucleótidos en la cadena del ARNm.

Se denominan enzimas adenosina o citosina desaminasa que actúan sobre el ARN, o ADAR y CDAR. La ADAR convierte el nucleótido adenosina en inosina, mientras que la CDAR convierte el nucleótido citosina en uracilo.

Un ejemplo es la apolipoproteína B, que es una proteína que ayuda a transportar los lípidos en la sangre. En el hígado, el ARNm se traduce completamente en la proteína apo B-100.

En el intestino, el mismo ARNm sufre un cambio. Una CDAR cambia la citosina del codón CAA (que codifica un aminoácido) por un uracilo, lo que da lugar a un codón de parada UAA, que detiene la traducció Como resultado, la proteína traducida es una variante más pequeña llamada apo B-48.

Así, la edición del ARN ayuda a determinar dónde se sintetizan los tipos específicos de lipoproteínas. Tras el corte y empalme, el procesamiento y, en ocasiones, la edición, el ARNm está finalmente a salvo en el citoplasma, listo para ser traducido por un ribosoma en una proteína.

El ribosoma tiene dos subunidades, llamadas 40S y 60S, que trabajan juntas para traducir el ARNm en una proteína La traducción se divide en tres etapas principales.

La iniciación es cuando la subunidad 40S del ribosoma reconoce el codón de inicio y convoca a la subunidad 60S para que comience la traducción.

La elongación es cuando ambas subunidades traducen los codones en una secuencia de aminoácidos que constituye la estructura primaria de la proteína.

La terminación es cuando el ribosoma reconoce un codón de parada como señal para que las subunidades 40s y 60s se separen y liberen la proteína La regulación de la traducción se produce principalmente durante la iniciación.

Normalmente, las proteínas reguladoras, llamadas factores de iniciación, tienen que unirse al capuchón o a la cola de poli-A antes de que la unidad ribosómica 40s pueda comenzar la traducción.

Situaciones como la inanición o el estrés inactivan estos factores de iniciación, lo que detiene la traducción en esta etapa para ahorrar energía.

##Resumen Como breve resumen... La regulación génica se produce en etapas específicas: transcripcional, postranscripcional y traduccion al.

La regulación transcripcional incluye la modificación del ADN y la regulación a través de proteínas especializadas llamadas factores de transcripción.

La regulación postranscripcional comprende el procesamiento del ARN, que consiste en el corte y empalme y la adición de la tapa y la cola de poli A, así como en la edición del ARN Por último, la regulación traduccional se produce principalmente cuando la inactivación de los factores de iniciación puede impedir que el ribosoma traduzca el ARNm, deteniendo así la síntesis de proteínas