8.1 NIVELES DE REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA.

¿Cómo se regula la expresión de los genes?

Los genes deben ser regulados ya que no es necesario que se expresen (Transcriban y Traduzcan) todo el tiempo sino cuando es necesario.

Regulación en procariotas

Entre los organismos procariotas como las bacterias cuyo genoma es muy pequeño los genes se organizan en forma de operones como se describió en la historia de la genética. Es decir que varios genes involucrados en la misma ruta metabólica se transcriben juntos y sn controlados por el mismo promotor y la regulación del mismo.

El operón con el que se ejemplifica esto es el Operón lactosa que posee dos tipos de control de su expresión. El control negativo y positivo.

Un esquema del operón lactosa se muestra en la siguiente imágen

 

El control negativo se debe a que la proteina que regula al promotor impidiendo la transcripción es una proteína represora.

En el caso del control positivo es una proteína reguladora positiva la que controla al sistema. Es una proteína que se une al AMPc que aumenta ante la baja de glucosa en el medio y aumenta la tasa de transcripción.

La genómica parece indicar que

• el número de genes no varía mucho entre las especies: los vertebrados tienen como mucho el doble de genes que los invertebrados;
• el número de genes no sirve para explicar la diversidad evoultiva por mutación o duplicación génica;
• la variabilidad de los genes se debe a la duplicación de genes en vez de la creación de genes nuevos.
• la complejidad evolutiva se correlaciona con el aumento de genes reguladores: en las levaduras hay un gen regulador por cada 20 funcionales, pero en humanos hay más de 3 000 reguladores para unos 30 000 genes

 

Son muchos los puntos en los que se puede controlar la expresión génica de eucariotas:

Control pretranscripcional: 

determina la accesibilidad de la comatina a la maquinaria de transcripción. Lo afectan el superenrollamiento y la metilación. También se conoce como regulación epigenética ya que no depende de la secuencia sino de la conformación del DNA. 

Control transcripcional:

 

determina la frecuencia y/o velocidad de inicio de transcripción mediante la accesibilidad de los sitios de inicio, la disponibilidad de los factores de transcripción y la eficacia de los promotores. La elongación a penas se ve afectada más que por la acción de algunos oncogenes que la hacen abortar prematuramente. 

Control postranscripcional: 

es el que se ejerce una vez que el transcrito ha terminado de sintetizarse. Puede ser de varios tipos:

• Control de la maduración: Según se pueda realizar elayustamiento del RNA, se conseguirán distintas cantidades del producto génico.
• Control del transporte: la mayoría de los RNA tienen que salir al citoplasma para ejercer su función. Para ello han de atravesar los poros de la membrana nuclear, donde se puede seleccionar los RNA que serán transportados y los que no.
• Control de la estabilidad: la vida media del RNA se puede regular mediante la expresión de las RNasas o de proteínas estabilizadoras del mRNA en el citoplasma.
• Control traduccional: esta regulación se ejerce sobre la frecuencia con que se comienzan a traducir los mRNA. También puede afectar la frecuencia con la que las proteínas maduran y la disponibilidad de efectores enzimáticos, pero eso se verá en otro tema.

Regulación en Eucariotas

En este caso la regulación de los genes es mucho más compleja y depende de varios eventos:

• Regulación dada por las secuencias del ADN: En este caso el ADN posee muchas secuencias regulatorias o elementos de respuesta o secuencias internas de un promotor, algunas dentro del mismo promotor de un gen que son reconocidas por los factores de transcripción y por proteínas reguladoras aumentando la tasa de transcripción. En otros casos existen además los Aumentadores o Enhancers que cuando son reconocidos por una proteína reguladora aumentan aún más la tasa de transcripcióny no necesariamente están corriente arriba del gen sino que pueden localizarse dowstream o dentro del mismo gen. Asimismo existen silenciadores o silencers que cuando son reconocidos por una proteína específica bajan la tasa de trasncripción de un gen.
• En otros casos la misma estructura que adopta el ADN regula la expresión: El DNA puede adoptar la estructura clásica descripta por Watson y Crick (DNA tipo B) que es el que es activo a nivel de la transcripción. Esto es debido a que las proteínas reguladoras se unen a los surcos mayores del ADN. El ADN tipo B tiene surcos mayores y menores. En cambio el ADN tipo Z por su eje en forma de Zig zag no tiene ni surcos mayores ni menores por lo tanto las proteinas reguladoras no pueden unirse y por lo tanto aquellas regiones de ADN que adopten topologíaZ no serán transcriptas.

• La organización de la cromatina juega otro papel sumamente importante a nivel de la regulación: Comenzando por el hecho que la fibra de 30 nm o solenoide no es contínua sino que poseen regiones libres de nucleosomas que se denomina elementos reguladores del Locus y que dejan acceso a las proteínas reguladoras a las secuencias específicas para que puedan unirse y estimular la transcripción de un determinado gen en un determinado tejido. Estos patrones de la cromatina son propios de cada tejido dependiendo de que genes se requieren activos.A su vez hay cambios de las histonas que favorecen o frenas la expresión facilitando su afinidad con el ADN o reduciendola y de esta manera favoreciendo la transcripción y/o delimitándola.
• Por otra parte para evitar que las regiones de ADN menos condensadas en las células (fibra de 30 nm) continúen empaquetándose y terminen convertidas en heterocromatina impidiendo que ningún gen se exprese, existen unos elementos denominados Delimitadores o Insulators que impedirán como si fueran paredes que avance la heterocromatinización hacia regiones que deben transcribirse.

BIBLIOGRAFIA:

http://genmolecular.wordpress.com/regulacion-de-la-expresion-genica/