Promotores eucarióticos y estructuras génicas

En las células procarióticas, el foco de la regulación de la expresión génica se encuentra casi por completo al nivel del inicio de la transcripción. Sin embargo, en las células eucariotas, la regulación de la expresión génica puede ocurrir en todas las etapas de la transcripción y traducción, e incluso en la estabilidad de la proteína.

Oportunidades para la regulación génica en la expresión génica en eucariotas

Los comunes a procariotas y eucariotas.

1. Inicio de la transcripción
2. estabilidad del ARNm
3. Estabilidad de proteínas
4. Inicio de la traducción

Los exclusivos de los eucariotas.

1. Estructura de la cromatina
2. procesamiento de ARN
3. Transporte al citoplasma

ARN polimerasa

Los procariotas necesitan solo un tipo de ARN polimerasa para la transcripción. Sin embargo, en los eucariotas, tres están involucrados. Estos incluyen ARN polimerasa I, ARN polimerasa II y ARN polimerasa III.

ARN pol I

• Transcribe ARN ribosomal
• El promotor está ubicado en la posición -45 a +20
• De estructura simple ya que los ARNr no son específicos de tejido

ARN pol II

• Transcribe ARNm
• El promotor está ubicado aguas arriba (hasta -70,000) a -25
• De estructura compleja ya que el ARNm es específico de tejido

ARN pol III

• Transcribe snRNA y tRNA
• Promotor ubicado +50 a +100. (Tenga en cuenta que esta posición está aguas abajo. Por lo tanto, la ARN polimerasa primero se une al promotor y luego regresa al sitio de inicio de la transcripción y luego transcribe a través del promotor)
• Estructura simple ya que los snRNA y tRNA no son específicos de tejido

Modularidad de los promotores eucarióticos

Las ARN polimerasas no provocan de forma independiente el inicio de la transcripción. Para que funcionen, varias proteínas llamadas factores transcripcionales y proteínas mediadoras, debe entrar en juego, dando como resultado la unión de la ARN polimerasa en el sitio del promotor. También pueden ser necesarias otras proteínas, como las que provocan la flexión del ADN. Tener todos los factores transcripcionales correctos juntos asegura que los genes correctos se expresen en el momento correcto.

Pasos en el ensamblaje complejo transcripcional

1. TFIID se une a la caja TATAAA con la ayuda de una proteína llamada proteína de unión a Tata (TBP) que forma parte de TFIID
2. TFIIA y TFIIB se unen a TFIID
3. TFIIF se une a TFIID y TFIIB mientras recluta ARN polimerasa II
4. Otras proteínas, incluidas TFIIE y TFIIH, se unen al promotor y completan el complejo de iniciación.

Los factores proteicos específicos utilizados en el complejo transcripcional pueden ser ubicuos o específicos de la función requerida (p. ej., respuesta al choque térmico o factores de crecimiento), la ubicación de la célula o la fase de desarrollo del organismo (p. ej., embrión, lactante o adulto).

Sin las proteínas apropiadas, no se producirá la expresión del gen. Al mismo tiempo, es posible la expresión inapropiada de genes mediante la introducción de proteínas activadoras de genes donde no se necesitan. Esto ha sido demostrado por experimentos con moscas de la fruta realizados por Walter Jakob Gehring (1939-2014). En su experimento, Gehring y su equipo diseñaron genéticamente larvas de mosca para producir una proteína activadora de genes llamada GAL4 en muchas partes diferentes del cuerpo, incluidas alas, patas y antenas. El resultado fue la producción de moscas con ojos en estas posiciones anatómicas.

Cómo las proteínas son capaces de unirse al ADN

Las proteínas pueden interactuar con el ADN a través de sus arboledas menores y mayores. Estos surcos permiten que las proteínas accedan a elementos a lo largo de los bordes de hasta 6 pares de bases que sobresalen en estos surcos. Tres de los mecanismos principales por los que pueden lograr esto incluyen el motivo de dedo de zinc, el motivo hélice-giro-hélice y la cremallera de leucina.

1. Motivo de dedos de zinc. Este motivo se caracteriza por estabilizar los iones de zinc que crean pliegues en forma de dedos en la proteína. Estos pliegues pueden encajar en el surco principal del ADN. El factor de transcripción TFIIIH, es un buen ejemplo de este motivo.
2. Motivo hélice-giro-hélice. Este motivo consta de dos hélices alfa, una larga y otra corta separadas por un aminoácido prolina. La estructura única es capaz de encajar en la ranura principal.
3. Cremallera de leucina. Este motivo se caracteriza por una serie de aminoácidos de leucina que conectan dos cadenas peptídicas de hélice alfa que dan como resultado una estructura de proteína entrecruzada. Los extremos “abiertos” de la cruz pueden encajar en la ranura principal.

Referencia: Krane, D. 2021. Video conferencia de biología molecular Bio 2110. Universidad Estatal de Wright – Campus del Lago.