Regulación al alza y regulación a la baja en la expresión genética

Publicado el 31 mayo, 2021

Regulación al alza de la expresión genética

Los genes están codificados por ADN, que puede estar sujeto a regulación positiva y negativa en términos de transcripción a un ARN mensajero (ARNm) y luego traducido a una proteína. Cada gen tiene un sitio de inicio ATG que indica dónde debe iniciarse la transcripción. Aguas arriba de este sitio de inicio de la transcripción está lo que se denomina región promotora . Es en esta área donde los factores de transcripción específicos y otros factores que ayudarán a promover la transcripción se unirán al ADN que se va a transcribir.al ARNm. Por ejemplo, los receptores de estrógeno son receptores de esteroides que se unen al estrógeno y luego pueden trasladarse a un núcleo. Los receptores de estrógeno unidos al estrógeno u otra hormona similar se unirán a los elementos de respuesta al estrógeno (ERE) en esta región promotora y regularán positivamente la transcripción génica. Otros factores de transcripción que regularán positivamente la transcripción de genes pueden unirse en esta región. Una vez transcrito, el ARNm tiene que traducirse a una proteína, y esto se basa en un codón triplete degenerativo, donde tres nucleótidos codifican un solo aminoácido.

En las células cancerosas, puede haber una sobreabundancia de transcripción y posterior traducción de genes mediada por factores, de modo que ciertos genes que promueven el cáncer, incluidos los que promueven la proliferación, se sobreexpresan. Varias quimioterapias están diseñadas para suprimir dichos genes promotores del cáncer.


Este diagrama muestra el ADN que se transcribe a ARNm.
La única diferencia es que el ADN tiene timinas mientras que el ARN tiene uracilos.
ARNm


Este diagrama muestra la traducción de ARNm a una proteína.
El tRNA transporta aminoácidos y el péptido crece con la adición de aminoácidos.
proteína

Regulación negativa de la expresión genética

La regulación a la baja de la expresión génica implica la supresión de la transcripción génica y / o traducción a una proteína. Los mecanismos mediante los cuales esto se puede lograr son factores que pueden unirse de manera competitiva y antagónica a los receptores de hormonas, como los receptores de estrógenos. Cuando esto ocurre, evita que el ligando natural se una y active dichos receptores. Esto da como resultado que dichos receptores no puedan estimular la transcripción de genes. El impedimento estérico a los factores de transcripción que se unen a la región promotora es otro mecanismo para suprimir la transcripción de genes. Sin embargo, cada vez está más claro que los mecanismos epigenéticos son reguladores primarios de la transcripción y traducción de genes.

Epigenética

La epigenética significa en o por encima del ADN. Los mecanismos epigenéticos pueden heredarse mitótica y meióticamente, pero no implican un cambio en la secuencia del ADN. Tales mecanismos incluyen:

  • Metilación del ADN
  • Modificaciones de la proteína histona
  • Arreglo de cromatina
  • patrones de expresión de microARN (miR)

La metilación del ADN implica la unión de grupos metilo a la citosina. Tal unión prevalece en áreas enriquecidas con citosinas y guaninas, también llamadas islas CpG. La metilación del ADN es más común en las regiones promotoras, pero también puede ocurrir dentro del cuerpo del gen (intragénico). Tales modificaciones dentro de la región promotora generalmente evitan que los factores de transcripción accedan a la región promotora e inicien la transcripción génica. Por tanto, la metilación del ADN se considera un mecanismo epigenético que suprime la transcripción de genes. Tales marcas de metilación pueden revertirse mediante enzimas desmetilasa. La eliminación de dichos grupos metilo del ADN de la citosina permite una vez más que los factores de transcripción se unan a la región promotora y estimulen la transcripción génica. Por esta razón, este cambio epigenético puede ser reversible o plástico en algunos casos.

Las proteínas histonas son proteínas que se unen al ADN. Al igual que con la metilación del ADN, la unión de la proteína histona al ADN evita la unión de factores de transcripción. Por tanto, la unión de la proteína histona al ADN suprime la transcripción de genes. Las proteínas histonas pueden sufrir diversas modificaciones que afectan su unión al ADN. Ejemplos de tales modificaciones de proteínas de histonas incluyen:

  • Metilación
  • Acetilación
  • Ubiquitinación
  • Sumoilación

Si tales modificaciones de las proteínas histonas dan como resultado que las proteínas histonas se enrollen más estrechamente alrededor del ADN o se separen para permitir que los factores transcripcionales entren, depende del aminoácido modificado y del tipo de modificación. Sin embargo, la acetilación de las proteínas histonas, en casi todos los casos, separa las proteínas histonas del ADN y, por lo tanto, aumenta la expresión génica.

La expresión de un gen también depende de la ubicación de la cromatina. La cromatina que está bien enrollada es difícil de transcribir. Una buena analogía es imaginar que si el cargador de su teléfono estuviera tan apretado que fuera difícil determinar los extremos del USB y del teléfono para cargarlo. Lo mismo ocurre con el ADN. Esta cromatina se llama heterocromatina . Por el contrario, el ADN que se encuentra en la cromatina ligeramente enrollada, también llamado eucromatina , es más fácil de transcribir. El hecho de que la cromatina esté dispuesta en formato heterocromatina o eucromatina depende de la proteína histona y otras proteínas unidas al ADN. No es sorprendente que las células cancerosas tiendan a tener eucromatina.

El último tipo principal de cambio epigenético implica la expresión de microARN (miR) . Dicho ARN solía considerarse material basura, ya que las hebras tienen solo 20-22 nucleótidos de longitud. Sin embargo, ha quedado claro que tales miR pueden ejercer una influencia dramática en la función celular. Los microARN actúan para prevenir la traducción de cadenas de ARNm. El ARN mensajero es monocatenario. La unión de los miR al ARNm finalmente destruye dicho ARN bicatenario antes de que se traduzca en una proteína. Por esta razón, los miR se consideran los últimos posibles mecanismos epigenéticos que pueden influir en la traducción de un gen a una proteína.

Resumen de la lección

Los genes están codificados por ADN y todas las células tienen el mismo ADN. Sin embargo, algunos genes pueden estar regulados positivamente o regulados negativamente dependiendo de las células y otros factores dentro de la célula. La unión del ADN a los receptores de esteroides y no esteroides puede influir en la expresión génica y muchos de estos receptores mejoran la transcripción génica. La unión de factores de transcripción a la región promotora del ADN es otro mecanismo para aumentar las transcripciones de genes a ARNm. Luego, el ARNm debe traducirse en una proteína. La regulación a la baja de la transcripción génica generalmente implica evitar que los receptores de esteroides y no esteroides y los factores de transcripción accedan a la región promotora para iniciar la transcripción. Cambios epigenéticosson los que afectan la transcripción y / o traducción de genes, pero sin alterar la secuencia del ADN. Los cambios epigenéticos incluyen: metilación del ADN , modificaciones de las proteínas histonas , disposición de la cromatina y miARN (miR) . Los tres primeros tienden a afectar la transcripción de genes, mientras que los miR evitan que el ARNm se traduzca en una proteína.


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