Factores de transcripción y control transcripcional en eucariotas

Antecedentes

Como se ha ido investigando a lo largo del tema del genoma de las eucariotas y procariotas se puede decir que hemos entendido en parte su organización y parte de su replicación. También hemos visto que la información contenida en los genes se transcribe a ARN y que el ARN mensajero se traduce a proteínas. De manera que la información contenida en los genes se convierte en proteínas.

Sin embargo, aún queda por dilucidar la estructura y funcionamiento de la mayoría de los genes que lo constituyen. Las células somáticas de un organismo multicelular tienen básicamente la misma información genética, no obstante, cada uno de los tipos celulares que forman parte del organismo tiene una estructura y función características. Esto se debe a la expresión diferencial del genoma, la cual es regulada principalmente por mecanismos epigenéticos.

La expresión génica se refiere al proceso de múltiples etapas que da lugar en última instancia a la formación de un producto funcional del gen, ya sea un ácido ribonucleico(ARN) o una proteína. La primera etapa en la expresión génica, el uso del ácido desoxirribonucleico (ADN) para la síntesis del ARN (transcripción), es el principal sitio de regulación en procariotas y eucariotas. En los eucariotas, sin embargo, la expresión génica también incluye extensos procesos postranscripcionales y postraduccionales, así como acciones que influyen en el acceso a regiones particulares del ADN. Cada una de estas etapas puede estar regulada para proporcionar más control sobre las clases y cantidades de los productos funcionales que se generan.

Discusión

1. Factores de transcripción y control transcripcional en eucariotas.

En los eucariotas superiores, todo el programa genético para el desarrollo de un organismo multicelular completo debe estar presente en la célula original, el óvulo fertilizado. En estos organismos, no todas las células se desarrollan igual. La expresión de los genes debe ser controlada sobre una base a largo plazo durante la diferenciación celular, que permita la divergencia en la forma y función requerida por la célula especializada.

El comienzo de la transcripción es una de las partes más complicadas de la regulación génica. Puede haber muchas proteínas y elementos reguladores involucrados. La regulación también puede involucrar potenciadores. Los potenciadores son regiones distantes del ADN que pueden mover para interactuar con el promotor de un gen.

La transcripción es el proceso en el que se copia (transcribe) la secuencia de ADN de un gen en una molécula de ARN. Es el paso clave en el uso de la información de un gen para producir una proteína. Cada gen eucariota se transcribe separadamente, con un control transcripcional independiente para cada gen.

En las células eucariotas, la transcripción es un proceso más complejo que en las procariotas. La transcripción está programada de manera muy precisa durante el desarrollo y la diferencia tisular. Debe abordar de alguna manera los niveles complicados de la estructura de la cromatina eucariota. El proceso está altamente regulado en el que intervienen la RNA polimerasa y varios factores adicionales.

Su complejidad viene de contener varias RNA polimerasas diferentes, las cuales tienen una función especializada y cada una contiene aproximadamente una docena de subunidades. Las enzimas complejas son difíciles de aislar en forma pura, y a menudo resulta difícil determinar cuáles subunidades son esenciales y para qué fines.

El control transcripcional es una de las principales formas de controlar la expresión génica en las células, entendiéndose por “inicio de la transcripción” al ensamblaje total de la maquinaria de transcripción, que involucra la unión de factores de transcripción con la ARN polimerasa en el promotor (Iglesias, 2002).

El control transcripcional viene dado por la presencia de secuencias reguladoras de ADN actuando en cis (elementos cis) y factores de transcripción (elementos trans) que en conjunto disminuyen o aumentan la tasa neta de transcripción de un determinado gen.

Para poder diferenciar las RNA polimerasas eucariotas de las procariotas es necesario saber que las enzimas eucariotas requieren factores proteicos adicionales (factores de transcripción) que se unen a un promotor e inician la transcripción.  

Los factores de transcripción son proteínas que se unen a la secuencia promotora y otras secuencias reguladoras para controlar la transcripción del gen diana. La ARN polimerasa por sí misma no puede iniciar la transcripción en células eucariotas. Los factores de transcripción deben unirse primero a la región promotora y reclutar la ARN polimerasa al sitio para que se establezca la transcripción.

• Factores de transcripción generales:

• Se unen a la secuencia promotora
• Son necesarios para la unión de la ARN polimerasa II al ADN para iniciar la transcripción

• Complejo de iniciación:

• Cuando se unen el complejo de factores de transcripción y ARN polimerasa II en la secuencia promotora
• Una vez que el complejo de iniciación se ensambla en el promotor, la transcripción puede comenzar.

• Factores asociados a la transcripción: proteínas específicas que actúan de forma dependiente del tiempo o del tejido para iniciar la transcripción

Los eucariotas tienen tres tipos de RNA polimerasas nucleares, cada una de las cuales requiere factores proteicos para iniciar la transcripción.

RNA Polimerasa I: TRANSCRIPCIÓN DE LOS PRINCIPALES GENES DE RNA RIBOSÓMICO

La pol I transcribe los principales genes ribosómicos. El ribosoma eucariota contiene cuatro moléculas de rRNA. La subunidad pequeña tiene un rRNA 18S, mientras que la subunidad grande contiene moléculas de rRNA 28S, 5.8S y 5S. De éstas, las 28S, 18S y 5.8S se producen todas a partir de un transcrito inicial pre-rRNA 45S, y la función especial de la RNA polimerasa I (pol I) es la de efectuar esta transcripción.

Es una enzima compleja que contiene 13 subunidades, con un total de 600 000 dalton, necesita al menos dos factores de transcripción; sin embargo, dado que tan sólo se transcribe una clase de gen, no es necesario un dispositivo complejo, que incluya múltiples lugares de regulación y múltiples factores de transcripción.

El nucléolo es el lugar de ensamblaje de la subunidad ribosómica en los eucariotas. El gen del pre-rRNA 45S se encuentra en el nucléolo en forma de copias múltiples en tándem. Después de la transcripción, el pre-rRNA 45S se procesa para dar las moléculas de rRNA 18S, 5.8S y 28S. En este proceso se desechan aproximadamente 6800 nucleótidos. Los rRNA se combinan entonces con el rRNA 5S de otras regiones del núcleo y se sintetizan en el citosol las proteínas ribosómicas. Las subunidades ribosómicas resultantes salen del nucléolo de vuelta al citosol.

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