8.3 Regulación de la transcripción en organismos eucarióticos.
En los eucariontes la regulación genética es completamente distinta. Una de estas diferencias es su complejidad. Uno de los sistemas de regulación estudiados es el caso de la producción de hormonas esteroides en las gallinas. Los oviductos de las gallinas jóvenes responden fácilmente a una hormona femenina llamada estrógeno. En presencia de estrógeno, el oviducto empieza a sintetizar albúmina y demás proteínas de la clara del huevo. Se ha marcado radiactivamente al estrógeno que penetra en las células y se ha encontrado que se une a un receptor específico que es más que una proteína citoplasmática. Este primer complejo esteroide receptor entra en el núcleo de la célula y se adhiere a una proteína no histónica del cromosoma, iniciando así la transcripción al ejercer un control positivo.
La regulación génica en eucariotas es mucho más compleja, especialmente en organismos pluricelulares, con complicados programas de desarrollo. Un organismo multicelular usualmente inicia su desarrollo en forma de huevo fecundado, el cigoto. El cigoto se divide repetidamente produciendo muchas células que se diferencian y cada tipo celular comienza a producir proteínas característicamente diferentes que lo distinguen de otros tipos de células. A su vez, un mismo tipo celular puede producir variantes de las proteínas que sintetiza en distintas etapas del desarrollo del organismo. Sin embargo, toda la información genética originalmente presente en el cigoto también está presente en cada célula diploide del organismo. Resulta claro que la diferenciación de las células de un organismo multicelular depende de la inactivación de ciertos grupos de genes y de la activación de otros, es decir, de una regulación de la expresión.
Muchas evidencias indican que el grado de condensación y, en general, los cambios en la estructura de la cromatina, desempeñan un papel principal en la regulación de la expresión génica en las células eucarióticas, ya que la transcripción no se puede dar en las zonas donde la cromatina está muy condensada o no accesible a la formación del complejo de transcripción, pudiendo distinguir, por lo tanto, entre una cromatina activa transcripcionalmente y una cromatina inactiva.
Otro factor que está involucrado en la regulación génica es la metilación de la citosina, que ocurre después de la replicación. La metilación diferencial de ciertos genes en ambos sexos, que ocurre durante la gametogénesis (inprinting), desempeña un papel en el desarrollo temprano del embrión.
Además, el genoma eucariótico contiene un sorprendente reordenamiento o arreglo, delecciones y adiciones, debido a elementos móviles. Por ejemplo, los genes funcionales de anticuerpos se forman por reordenamiento de secuencias génicas que codifican para diferentes partes de la molécula del anticuerpo. Los virus, tanto con genoma de ADN como los retrovirus con genoma de ARN, pueden integrarse al cromosoma eucariótico (llamándose provirus). Las células eucariotas también tienen transposones que, al insertarse en el genoma, activan o inactivan genes, ya sea interrumpiendo las secuencias codificadoras o interfiriendo con la regulación. Muchos transposones eucarióticos, los retrotransposones, difieren de los procariotas en que primero se transcriben a RNA y luego nuevamente a ADN, antes de insertarse en otro sitio del cromosoma.
Los mecanismos moleculares que permiten esta regulación funcionan a distintos niveles.
Formación del complejo de iniciación: Factores de transcripción.
Los eucariontes tienen tres tipos de ARN polimerasas, una para cada tipo de genes. De todas estas, la más entendida es la polimerasa II. Los genes de tipo II contienen varias secuencias de consenso. Estas pueden promotores basales, elementos proximales al promotor, o estimulantes distales. Una secuencia del primer tipo es TATA. Se encuentra 25 pares de base arriba del sitio de inicio. Además hay un sitio Inr que se encuentra inmediatamente antes del sitio de inicio. Antes de iniciar la transcripción es necesario que se arme un complejo con los factores generales TFIIA, B, D, E F y H. Este complejo viene siendo el equivalente al factor
Modificación de la afinidad de los nucleosomas por la región promotora.
Se consigue uniendo una proteína reguladora a cualquiera de los distintos elementos que forman los promotores.
La unión inespecífica de proteínas reguladoras es un problema importante en los organismos con genomas grandes. Para combatirla, los eucariotas han hecho que los genes tengan en torno a 5 dianas para proteínas reguladoras diferentes. Esta estrategia es útil para los activadores de la transcripción porque es una estrategia eficiente y ahorra esfuerzo. Una estrategia similar no es factible con los inhibidores de la transcripción, por lo que se da poca regulación por silenciamiento.
Potenciadores.
La mayoría de los ejemplos anteriores son reguladores del tipo SDE (secuencias distales específicas). Pero la fuente de regulación más potente es al de los elementos distales: los potenciadores (enhancers o intensificadores). Su función es la de amplificar la transcripción del promtor incluso más de 1000 veces. Los hay específicos del tejido —sólo activan la transcripción de su gen en determinados tejidos—, específicos de la etapa de desarrollo e inducibles por alguna señal externa como hormonas, metales pesados, choque térmico, infección viral, etc. Necesitan la mediación de un coactivador.
Transactivadores.
Son aquellos que directamente ejercen su acción interaccionando con el complejo de iniciación formado en el promtor basal, bien sobre la propia polimerasa o, más normalmente, sobre una de las TAF o de los TFII, para activar o reprimir la transcripción, puesto que no son actividades exclulyentes.
Silenciamiento por metilación.
No todos los organismos tienen el DNA metilado. En los mamíferos, el DNA metilado forma heterocromatina a la que no pueden acceder los factores de transcripción. Por tanto, los genes metilados no se pueden transcribir ni tan siquiera residualmente. Se trata de un mecanismo muy eficiente de silenciamiento génico que, además, disminuye la cantidad de DNA que los factores de transcripción y la RNA-polimerasa tienen que rastrear para buscar los promotores.
Algo menos del 5% de las citosinas se encuentran metiladas en el genoma. De ellas, la más abundante es la 5-metil-citosina. Esta metilación aparece casi exclusivamente sobre la secuencia CG en lo que se denomina islotes CpG. Los islotes CpG son secuencias de aproximadamente 1 kpb cuya riqueza en el doblete CpG es mayor que en el resto del genoma. Los genes se expresan muy intensamente cuando sus islotes CpG están poco metilados (hipometilados), mientras que no se expresan si están hipermetilados.
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