REGULACION DE LA EXPRESION GENICA

¿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 son 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 imagen

Modelo de operón lac. Por Gabriela Iglesias
Modelo de operón lac. Por Gabriela Iglesias
Vista de un gen eucariota completo con sus bases o nucleótidos . Se indican el tat box y la sitio de inicio de la transcripción y el marco de lectura
Vista de un gen eucariota completo con sus bases o nucleótidos . Se indican el tat box y la sitio de inicio de la transcripción y el marco de lectura desde el codón de inicio ATG( fMet) y el codón stop de la traducción, la sec. de poly adenilación y sitio de corte del ARN mensajero

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

operón lac control negativo
Fuente:
operon lac bloqueado
Fuente:

A pesar del control negativo a veces el operón lac se desbloquea o sea se inactiva la represión y permite una cierta tasa de transcripción. Ver imagen abajo

Operon lac activado
Traducido por Gabriela Iglesias y obtenido de

En el caso del control positivo es una proteína reguladora positiva la que controla al sistema. Es una proteína que se une al AMPc (AMP cíciclico) ,en el sitio CAP arriba del promotor, que aumenta ante la baja de glucosa en el medio y aumenta la tasa de transcripción. (control positivo: aumenta la tasa de transcripción al máximo) Ver imagen abajo

control positivo op lac
Fuente: Khan Academy

Les dejo un video del  operón lactosa en forma animada

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 transcripción y 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 transcripción de un gen.
  • En otros casos la misma estructura que adopta el ADN regula la expresión: El DNA puede adoptar la estructura clásica descrita 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 proteínas reguladoras no pueden unirse y por lo tanto aquellas regiones de ADN que adopten topología Z no serán transcritas.
Esquema de un gen eucariota. Unidad de transcripción simple. Por Gabriela Iglesias
Esquema de un gen eucariota. Unidad de transcripción simple. Por Gabriela Iglesias
  • 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 continua 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 reduciéndola y de esta manera favoreciendo la transcripción y/o delimitándose.
  • 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.

Finalmente tenemos otro tipo de regulación denominado IMPRINTING o sellado de una region de ADN o de genes que modifica la herencia de los genes tal como la describió Mendel, ya que es el sellado o silenciamiento de una region gracias a la metilación del ADN que es propia de si el cromosoma es de origen materno o paterno. Por eso se dice que estos genes tienen expresión materna (cuando el gen sellado es el paterno) o paterna si el gen sellado es el materno es decir el que heredamos de nuestra madre. A su vez este tipo de sellado se vuelve a heredar a los hijos para que el gen continúe teniendo un sello materno o paterno. Muchos genes involucrados en el desarrollo embrionario tienen este tipo de sellado, asi como algunos involucrados en ciertas patologías como el cáncer.

Fuente: Guia de Lectura y Trabajos prácticos del Area de genética de La Facultad de Ciencias Veterinarias de la UBA.  I.S.B.N: 987-97692-8-7

Les dejo aquí un video de un Workshop del Genomic Imprinting Workshop del 2001 http://www.geneimprint.com/site/meetings/2001-osaka

Ver presentaciones Power point en Pdf en descarga de archivosCurso de Genética Molecular

39 comentarios sobre “REGULACION DE LA EXPRESION GENICA

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