Promotor genético

Estructura de un gen eucariota.

Un gen es la secuencia de ADN que codifica un producto, ya sea una proteína o un ARN, que tiene función estructural o catalítica. Un gen eucariota, va a contener una región reguladora y una región estructural.¹

Esquema de la estructura de un gen eucariota.Imagen elaborada por Lianyerffer Pereira.

Región reguladora.

Dará inicio a una unidad transcripcional. La cadena plantilla ADN contiene regiones llamadas centros promotores con una secuencia consenso TATAAA llamada caja TATA o caja Hagness centrada alrededor de -25 pares de bases. Muchos promotores eucarióticos también presentan una caja CAAT con la secuencia consenso GGNCAATCT, centrado alrededor -75 pares de base."¹

Los centros promotores se unen específicamente a la ARN polimerasa y determinan donde comienza la transcripción. ¹

Las enzimas ARN polimerasa (pol I, pol II y pol III) transcriben información contenida en la cadena plantilla de ADN hacia ARN. Estas polimerasas deben reconocer un sitio específico en el promotor para iniciar la transcripción en el nucleótido apropiado, todas las formas de ARN polimerasa eucariota requieren otras proteínas, conocidas como factores de transcripción generales o GTF. ¹^{, 2}

Esquema a detalle de la estructura de un gen eucariota.Imagen elaborada por Lianyerffer Pereira.

Factores de transcripción.

La ARN polimerasa se puede unir al promotor sólo con la ayuda de un factor de transcripción (GTF). Estos son esenciales para la transcripción y se necesitan para transcribir cualquier gen.

La pol I y III requieren sus GTF específicos para polimerasa mientras que la pol II requiere TFIIA, B, D (o TBP) E, F y H tanto para facilitar la unión de la enzima específica para el promotor, como para la formación del complejo de pre iniciación (PIC), esta formación necesita, además de pol II varios GTF llamados TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIF y TFIIH; estas GTF sirven para promover la transcripción de ARN polimerasa II esencialmente en todos los genes el TFIID, que se une al elemento promotor secuencia TATA cerca del par de bases -30 y una secuencia Inr (iniciador) cerca del inicio de transcripción ARN en nucleótido +1; mediante su subunidad TBP, es el único de estos factores que independientemente es capaz de unión específica, de alta afinidad al promotor en el ADN.'' ²

Imagen tomada del artículo Factores de transcripción, Khan Academy.

¿Cómo funcionan los factores de transcripción?

Una vez unido, el factor de transcripción hace que sea más fácil o más difícil que la ARN polimerasa se una al promotor del gen. ¹^{, 2}

Imagen tomada del artículo Factores de transcripción, Khan Academy.

Activador

Algunos GTF activan la transcripción. Por ejemplo, pueden ayudar a que los factores generales de transcripción y/o la ARN polimerasa se unan al promotor, como se muestra en el siguiente diagrama. ¹^{, 2}

Represor

Otros GTF reprimen la transcripción. Esta represión puede funcionar de varias formas. Como ejemplo, un represor puede impedir a los GTF o a la ARN polimerasa, de manera que no puedan unirse al promotor e iniciar la transcripción. ¹^{, 2}

Imagen tomada del artículo Factores de transcripción, Khan Academy.

Sitios de unión

Con frecuencia los sitios de unión de los factores de transcripción están cerca del promotor del gen. Sin embargo, también pueden estar en otras regiones del ADN, en ocasiones muy lejanas al promotor, y aun así afectar la transcripción del gen. ¹^{, 2}

Región estructural.

El gen eucariota contiene exones e intrones. En la transcripción la información genética pasa de ADN a ARN. ³

Una vez que es sintetizado el ARN, se da inicio al transcrito primario del ARNm eucariótica que contiene la secuencia que corresponde a un gen, aunque las secuencias que codifican el polipéptido pueden no ser contiguas. Los fragmentos que interrumpen la región codificante se denominan intrones y los segmentos codificados exones.³

''En un proceso denominado corte y empalme (splicing), los intrones se eliminan del transcrito primario y los exones se unen para formar una secuencia continua que específica un polipéptido funcional. Los ARNm eucarióticos también se modifica en ambos extremos 5´ y 3´ en una fase llamada transcrito maduro. Un residuo modificado, denominado casquete 5´ se añade al extremo 5´", este protege el ARNm de las ribonucleasas, el casquete también se une a un complejo proteico específico y participa en la unión del ARNm al ribosoma para iniciar la traducción. ³

Esquema de la región estructural del gen eucariota.Imagen elaborada por Lianyerffer Pereira.

El extremo 3´ se corta y se le añaden unas 80 a 250 residuos de adenina para formar una “cola” de poli(A), esta sirve de lugar de unión de una o más proteínas específicas.³

En efecto, un ARNm eucariótico a medida que se sintetiza entra a formar parte de un complejo que consta de docenas de proteínas, la composición del complejo cambia a medida que el transcrito es modificado, transportado al citoplasma y entregado a los ribosomas para la traducción.³

Promotor genético.

La transcripción de un gen es favorecida por una región de ADN llamada promotor. Funcionalmente, un promotor controla la iniciación de la transcripción de una determinada porción del ADN a ARN. Cada gen (o en las bacterias, cada grupo de genes que se transcriben juntos) tiene su propio promotor.³

Promotores alternativos.

Aunque las regiones reguladoras de los genes no se transcriben a ARN pueden tener un papel importante en la regulación de la expresión génica. En algunos genes existen promotores alternativos con el fin de que la transcripción del mismo sea activada por señales extracelulares diferentes dependiendo del tejido. En estos casos luego de la transcripción, la maquinaria de splicing no busca obtener diferentes proteínas a partir del mismo gen, sino que remueve al promotor alternativo que no corresponde al tejido, empalma los exones y forma una proteína que, aunque no tiene variaciones funcionales con su versión de otros tejidos si tiene variaciones en la regulación de su expresión.^{4, 5}

El hecho de que la expresión de la glucoquinasa sea activada por glucosa en el páncreas y por insulina en el hígado tiene su orígen en los promotores alternativos del gen. El gen de la glucoquinasa tiene 10 exones interrumpidos por 9 intrones. La secuencia promotora y el exón 1 difiere en ambos tejidos, sin embargo, los 8 exones restantes son idénticos. En el gen pancreático el promotor y el exón 1 se encuentran a 30 mil pares de bases corriente arriba de lo que equivale al promotor y exón 1 del gen hepático. Esta secuencia que no tiene funcionalidad en el gen pancreático, es retirada en el splicing y se empalman los exones 1 y 2. En el caso del gen hepático la transcripción comienza simplemente 30 mil pares de bases corriente debajo de lo que equivale al promotor en el páncreas.^4,⁵

Bibliografía

1. Jeremy M. Ber, John L. Tymoczko, Lubert Stryer. Bioquímica. 6ed. Barcelona. Editorial Reverté.

2. Victor W. RODWELL, David A. BENDER, Kathleen M. BOTHAM, Pele J. KENNELLY, P. Anthony WEIL. Haper Bioquímica Ilustrada. 30a ed. México McGraw‐Hill.

3. David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehniger Principios de bioquímica. 5a ed. Ediciones Omega.

4 Victor W. Rodwell, David A. Bender, Kathleen M. Botham, Peter J. Kennelly, P. Anthony Weil. Haper, Bioquímica Ilustrada. 30va edición. Mexico: McGraw Hill Interamericana Editores; 2016

5 Thomas M. Devlin. Bioquímica. 4ta edición. Editorial Reverté, S.A. 2004.