Regulación de la expresión génica en eucariotas

Regulación de la Expresión Génica en Eucariotas

• La expresión génica en eucariotas se Regula a diferentes niveles:
  • Empaquetamiento del ADN en cromatina
  • Transcripción
  • Procesamiento post-transcripcional del ARN
  • Exportación del ARN desde el núcleo
  • Estabilidad del ARN
  • Localización del ARN
  • Traducción y modificaciones postraduccionales de proteínas

Remodelación de la Cromatina

• La estructura básica de la cromatina es compacta y puede limitar el acceso de factores de transcripción y ARN polimerasa a los promotores de ADN
• Las interacciones de la cromatina con activadores y represores pueden dar lugar a dominios de cromatina abiertos, cerrados o preparados (“poised”) para la activación
• Estas variaciones permiten fenómenos exclusivos de los eucariotas, como la transcripción en diferentes fases del desarrollo y la memoria epigenética a lo largo de los ciclos de división celular

Modificaciones a la Cromatina

• Mecanismos para modificar la cromatina:
  • Cambio en la composición de histonas (e.g., H2A > H2A.Z)
  • Modificaciones covalentes a histonas (e.g., adición de grupos funcionales como acetilo, metilo o fosfato)
  • Reposicionamiento o remoción de nucleosomas en el ADN (catalizado por complejos de remodelación de la cromatina)

Transcripción de Genes en Eucariotas

• La mayoría de los genes de eucariotas inferiores (e.g., levaduras) inicien la transcripción de manera focalizada (‘focused transcription initiation’), lo que facilita la regulación precisa de algunos genes en un tiempo y lugar determinados
• Cerca del 70% de genes de vertebrados emplean promotores dispersos, lo que está asociado con genes que se transcriben de manera constitutiva

Factores de Transcripción

• Proteínas que se unen al ADN y activan o reprimen el inicio de la transcripción
• Presencia de dos dominios funcionales:
  • Dominio de unión al ADN, que se une a secuencias de ADN específicas
  • Dominio transactivador o dominio trans-represor, que activa o reprime la transcripción

Regulación del Inicio de la Transcripción

• Formación del complejo de iniciación de la transcripción (PIC) en eucariotas, que consiste en la unión de RNAP II y factores de transcripción generales en el promotor en un orden específico
• El factor de transcripción TFIID se une al TATA box en la región promotora y recluta a otros factores de transcripción generales para formar el PIC

Control Combinatorio

• La regulación de la expresión génica en eucariotas mediante factores de transcripción es combinatoria, requiriendo interacciones coordinadas de múltiples proteínas
• Caso de estudio: regulación de la transcripción del gen humano metalotioneína 2A (MT2A), que implica la interacción de múltiples elementos promotores y enhancers y factores de transcripción

Regulación Post-Transcripcional

• Procesamiento del ARNm eucariota, incluyendo splicing y edición
• Regulación post-transcripcional en eucariotas:
  • Splicing alternativo, que genera isoformas proteicas con diferentes propiedades biológicas
  • Regulación de la estabilidad del ARNm
  • Regulación de la traducción
  • Regulación de la estabilidad de las proteínas### Terapia para Atrofia Medular Espinal
• El splicing silencer N1 (ISSN1) situado en el intrón 7 del gen SMN2 promueve la exclusión del exón 7 en el ARNm.
• La terapia con oligonucleótido antisentido (nusinersen = Spinraza) inhibe al splicing silencer N1, lo que promueve la inclusión del exón 7 en el ARNm y permite la formación de la proteína SMN2 completa.

Regulación Post-Transcripcional en Eucariotas

• El "steady-state level" de un ARNm en una célula se refiere al equilibrio entre la síntesis y degradación de ARNm.

Estabilidad y Degradación de ARNm

• La estabilidad de un ARNm es regulada por elementos de secuencia en la región 3' UTR, como elementos AU-rich (ARE).
• La unión a ARE por RBPs (RNA-binding proteins) promueve la estabilidad o degradación de un ARNm.

Mecanismos de "mRNA Surveillance"

• Nonsense-mediated decay (degradación mediada por sinsentido)
• Non-stop decay (degradación sin parar)
• No-go decay (degradación sin ir)

Bibliografía

• Klug et al. (2019). Concepts of genetics. 12th Edition. Capítulo 18.