¿Cómo sabe un gen, que consiste en una cadena de ADN oculta en el núcleo de una célula, cuándo debe expresarse? ¿Cómo causa este gen la producción de una cadena de aminoácidos llamada proteína? ¿Cómo saben los diferentes tipos de células qué tipos de proteínas deben fabricar? Las respuestas a tales preguntas se encuentran en el estudio de la expresión génica., Por lo tanto, esta colección o artículos comienza mostrando cómo una cuerda tranquila y bien protegida de ADN se expresa para hacer ARN, y cómo el ARN mensajero se traduce de la codificación del ácido nucleico a la codificación de la proteína para formar una proteína. En el camino, el conjunto de artículos también examina la naturaleza del código genético, cómo se predijeron los elementos del código y cómo se determinaron los codones reales.
a continuación, pasamos a la regulación de los genes. Los Genes no pueden controlar un organismo por sí solos; más bien, deben interactuar con el entorno del organismo y responder a él., Algunos genes son constitutivos, o Siempre «on», independientemente de las condiciones ambientales. Estos genes se encuentran entre los elementos más importantes del genoma de una célula, y controlan la capacidad del ADN para replicarse, expresarse y repararse a sí mismo. Estos genes también controlan la síntesis de proteínas y gran parte del metabolismo central de un organismo. Por el contrario, los genes regulados solo se necesitan ocasionalmente, pero ¿cómo se activan y desactivan estos genes? ¿Qué moléculas específicas controlan cuando se expresan?resulta que la regulación de tales genes difiere entre procariotas y eucariotas., Para los procariotas, la mayoría de las proteínas reguladoras son negativas y, por lo tanto, apagan los genes. Aquí, las células dependen de la Unión de proteínas a moléculas pequeñas, en la que un ligando o molécula pequeña señala el estado de la célula y si es necesaria la expresión génica. La proteína represora o activadora se une cerca de su objetivo Regulador: el gen. Algunas proteínas reguladoras deben tener un ligando unido a ellas para poder unirse, mientras que otras son incapaces de unirse cuando se unen a un ligando. En procariotas, la mayoría de las proteínas reguladoras son específicas de un gen, aunque hay algunas proteínas que actúan más ampliamente., Por ejemplo, algunos represores se unen cerca del inicio de la producción de ARNm para un operón completo, o grupo de genes corregulados. Además, algunos represores tienen un sistema de ajuste fino conocido como atenuación, que utiliza la estructura del ARNm para detener tanto la transcripción como la traducción dependiendo de la concentración de las enzimas del producto final de un operón. (En eucariotas, no hay un equivalente exacto de atenuación, porque la transcripción ocurre en el núcleo y la traducción ocurre en el citoplasma, haciendo imposible este tipo de efecto coordinado., Sin embargo, otra capa de regulación procariótica afecta la estructura de la ARN polimerasa, que se convierte en grandes grupos de genes. Aquí, el factor sigma de la ARN polimerasa cambia varias veces para producir esporas resistentes al calor y a la desecación. Aquí, los artículos sobre regulación procariótica profundizan en cada uno de estos temas, lo que conduce a la literatura primaria en muchos casos.para los eucariotas, las diferencias entre células se determinan por la expresión de diferentes conjuntos de genes., Por ejemplo, un óvulo fertilizado indiferenciado se ve y actúa muy diferente de una célula de la piel, una neurona o una célula muscular debido a las diferencias en los genes que cada célula expresa. Una célula cancerosa actúa diferente de una célula normal por la misma razón: expresa genes diferentes. (Mediante el análisis de microarrays, los científicos pueden utilizar estas diferencias para ayudar en el diagnóstico y la selección del tratamiento adecuado para el cáncer. Curiosamente, en eucariotas, el estado predeterminado de expresión génica es » off «en lugar de» on», como en procariotas. ¿Por qué es este el caso?, El secreto reside en la cromatina, o el complejo de proteínas de ADN e histona que se encuentra dentro del núcleo celular. Las histonas se encuentran entre las proteínas más conservadas evolutivamente conocidas; son vitales para el bienestar de los eucariotas y admiten poco cambio. Cuando un gen específico está estrechamente unido a la histona, ese gen está «apagado».»Pero, entonces, ¿cómo logran los genes eucariotas escapar de este silenciamiento? Aquí es donde el código de histona entra en juego., Este código incluye modificaciones de los aminoácidos de carga positiva de las histonas para crear algunos dominios en los que el ADN es más abierto y otros en los que está muy estrechamente ligado. La metilación del ADN es un mecanismo que parece estar coordinado con modificaciones de histonas, particularmente aquellas que conducen al silenciamiento de la expresión génica. Los pequeños ARN no codificantes como el Arni también pueden estar involucrados en los procesos regulatorios que forman la cromatina «silenciosa»., Por otro lado, cuando las colas de las moléculas de histona se acetilan en lugares específicos, estas moléculas tienen menos interacción con el ADN, dejándolo así más abierto. La regulación de la apertura de tales dominios es un tema candente en la investigación. Por ejemplo, los investigadores ahora saben que los complejos de proteínas llamados complejos de remodelación de cromatina utilizan ATP para reempaquetar el ADN en configuraciones más abiertas. Los científicos también han determinado que es posible que las células mantengan el mismo código de histona y patrones de metilación del ADN a través de muchas divisiones celulares., Esta persistencia sin depender del emparejamiento de bases se llama epigenética, y hay abundante evidencia de que los cambios epigenéticos causan muchas enfermedades humanas.
para que se produzca la transcripción, el área alrededor de una zona de transcripción prospectiva debe desenrollarse. Este es un proceso complejo que requiere la coordinación de las modificaciones de histonas, la Unión del factor de transcripción y otras actividades de remodelación de la cromatina. Una vez que el ADN está abierto, secuencias de ADN específicas son entonces accesibles para proteínas específicas para unirse., Muchas de estas proteínas son activadoras, mientras que otras son represoras; en los eucariotas, todas estas proteínas a menudo se llaman factores de transcripción (TFs). Cada TF tiene un dominio de unión de ADN específico que reconoce un motivo de 6-10 pares de bases en el ADN, así como un dominio efector. En el tubo de ensayo, los científicos pueden encontrar una huella de un TF si esa proteína se une a su motivo coincidente en una pieza de ADN. También pueden ver si la Unión de TF ralentiza la migración del ADN en la electroforesis en gel.,
para un TF activador, el dominio efector recluta ARN polimerasa II, la polimerasa productora de ARNm eucariota, para comenzar la transcripción del gen correspondiente. Algunos TFs Activadores incluso activan múltiples genes a la vez. Todos los TFs se unen a los promotores justo aguas arriba de los genes eucariotas, similares a las proteínas reguladoras bacterianas. Sin embargo, también se unen en regiones llamadas potenciadores, que pueden orientarse hacia adelante o hacia atrás y localizarse aguas arriba o aguas abajo o incluso en los intrones de un gen, y aún así activar la expresión génica., Debido a que muchos genes están corregulados, el estudio de la expresión génica en todo el genoma a través de microarrays o secuenciación paralela masiva permite a los investigadores ver qué grupos de genes están corregulados durante la diferenciación, el cáncer y otros estados y procesos.la mayoría de los eucariotas también hacen uso de pequeños ARN no codificantes para regular la expresión génica. Por ejemplo, la enzima Dicer encuentra regiones de doble cadena de ARN y corta piezas cortas que pueden servir en un papel regulador. Argonaute es otra enzima que es importante en la regulación de pequeños sistemas dependientes de ARN no codificantes., Aquí ofrecemos un artículo introductorio sobre estos ARN, pero se necesita más contenido; por favor, póngase en contacto con los editores si está interesado en contribuir.la impronta es otro proceso involucrado en la regulación del gen eucariótico; este proceso implica el silenciamiento de uno de los dos alelos de un gen para toda la vida de una célula. La impronta afecta a una minoría de genes, pero se incluyen varios reguladores de crecimiento importantes. Para algunos genes, la copia materna siempre está silenciada, mientras que para diferentes genes, la copia Paterna siempre está silenciada., Las marcas epigenéticas colocadas en estos genes durante la formación de óvulos o espermatozoides se copian fielmente en cada célula posterior, afectando así a estos genes a lo largo de la vida del organismo.otro mecanismo que hace que algunos genes sean silenciados durante toda la vida de un organismo es la inactivación X. En los mamíferos femeninos, por ejemplo, una de las dos copias del cromosoma X se cierra y se compactó en gran medida., Este proceso de cierre requiere transcripción, la participación de dos ARN no codificantes (uno de los cuales recubre el cromosoma X inactivo), y la participación de una proteína de unión al ADN llamada CTCF. A medida que se investigue el posible papel de los ARN reguladores no codificantes en este proceso, sin duda se descubrirá más información sobre la inactivación de X.