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Contenido principal

Factores de la transcripción

Factores de transcripción generales y específicos. Complejo de iniciación de la transcripción y formación de asa. Regulación combinatoria.

Puntos más importantes:

  • Los factores de transcripción son proteínas que ayudan a "encender" o "apagar" ciertos genes al unirse con ADN cercano.
  • Los factores de transcripción que son activadores, promueven la transcripción de un gen. Los represores disminuyen la transcripción.
  • Conjuntos de sitios de unión de factores de transcripción llamados potenciadores y silenciadores pueden encender/apagar genes en partes específicas del cuerpo.
  • Los factores de transcripción permiten que las células realicen operaciones lógicas y combinen diferentes fuentes de información para "decidir" si expresan un gen.

Introducción

¿Tienes algún factor de transcripción en tu cuerpo? De verdad espero que la respuesta sea sí, porque de lo contrario, ¡te costará mucho trabajo mantener funcionando tus células!
Los factores de transcripción son proteínas que regulan la transcripción de los genes, es decir, cómo se copian en ARN en el proceso de producción de una proteína.
El cuerpo humano tiene muchos factores de transcripción. ¡También el cuerpo de un ave, un árbol o un hongo! Los factores de transcripción ayudan a garantizar que se expresen los genes correctos en las células correctas del cuerpo y en el momento justo.

Transcripción: el punto clave de control

La transcripción es el proceso en el que se copia (transcribe) la secuencia de ADN de un gen en una molécula de ARN. La transcripción es el paso clave en el uso de la información de un gen para producir una proteína. Si todavía no estas familiarizado con estas ideas, podrías considerar ver el video sobre el dogma central para que tengas una introducción sólida al tema.
La expresión génica se da cuando se "enciende" un gen en el ADN, es decir, cuando se usa para producir la proteína que especifica. No todos los genes en tu cuerpo se encienden al mismo tiempo, ni en las mismas células o partes del cuerpo.
Para muchos genes, la transcripción es el punto clave de control de encendido/apagado:
  • Si un gen no se transcribe en una célula, no se puede utilizar para producir una proteína en esa célula.
  • Si un gen sí se transcribe, es más probable que se utilice para formar una proteína (se exprese). En general, entre más se transcribe un gen, más proteína se produce.
Varios factores controlan cuánto se transcribe un gen. Por ejemplo, el grado con el que el ADN de un gen esté enrollado alrededor de sus proteínas de apoyo para formar cromatina, puede afectar la disponibilidad de ese gen para la transcripción.
Sin embargo, las proteínas llamadas factores de trasncripción tienen un papel particularmente fundamental en la regulación de la transcripción. Estas importantes proteínas ayudan a determinar qué genes están activos en cada célula de tu cuerpo.

Factores de la transcripción

¿Qué tiene que suceder con un gen para que sea transcrito? La enzima ARN polimerasa, que fabrica ARN nuevo a partir de un molde de ADN, debe unirse al ADN de un gen. Se pega en un lugar conocido como promotor.
En las bacterias, la ARN polimerasa se une directamente al promotor. Puedes ver cómo funciona este proceso y cómo se puede regular por medio de factores de transcripción en los videos sobre el operón lac y el operón trp.
En los seres humanos y demás eucariontes, hay un paso adicional. La ARN polimerasa se puede unir al promotor solo con la ayuda de proteínas llamadas factores de transcripción basales (generales). Son parte de las herramientas centrales de transcripción de la célula y se necesitan para transcribir cualquier gen.
La ARN polimerasa se une a un promotor con la ayuda de un conjunto de proteínas llamado factores generales de la transcripción.
Sin embargo, muchos factores de transcripción (¡entre ellos algunos de los más increíbles!) no son del tipo general. Hay una clase grande de factores de transcripción que controla la expresión de genes específicos en particular. Por ejemplo, un factor de transcripción podría activar solo un conjunto de genes que se necesitan en ciertas neuronas.

¿Cómo funcionan los factores de transcripción?

Un factor de transcripción típico se une al ADN en cierta secuencia objetivo. Una vez unido, el factor de transcripción hace que sea más fácil, o bien más difícil, que la ARN polimerasa se una al promotor del gen.

Activadores

Algunos factores de transcripción 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 diagrama siguiente.
Diagrama de un activador unido a una secuencia específica de ADN que es su sitio de unión. El otro extremo del activador transcripcional (el que no está unido al ADN) interactúa con los factores generales de transcripción, y ayuda a que estos factores y la polimerasa se ensamblen en el promotor cercano.

Represores

Otros factores de transcripción reprimen la transcripción. Esta represión puede funcionar de varias formas. Como ejemplo, un represor puede estorbar a los factores basales de transcripción o a la ARN polimerasa, de manera que no puedan unirse al promotor e iniciar la transcripción.
Diagrama de un represor unido a una secuencia específica de ADN que es su sitio de unión. Cuando está unido a este sitio, el represor bloquea la formación del complejo de iniciación de transcripción en el promotor de un gen cercano.

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 partes del ADN, en ocasiones muy lejanas del promotor, y aun así afectar la transcripción del gen.
Las partes de una proteína activadora: el dominio de unión al ADN (que se une al sitio de reconocimiento en el ADN) y el dominio de activación, que es el "extremo funcional" del activador que realmente promueve la transcripción, al facilitar la formación del complejo de iniciación de la transcripción, por ejemplo.
La flexibilidad del ADN es lo que permite que los factores de transcripción que están en sitios de unión lejanos hagan su trabajo. El ADN serpentea como un espagueti cocido para reunir los sitios de unión y los factores de transcripción lejanos con los factores generales de transcripción o las proteínas "mediadoras".
En el dibujo anterior, un factor de transcripción activador unido a un sitio lejano ayuda a que la ARN polimerasa se una al promotor e inicie la transcripción.

¿En qué se diferencia de E. coli?

Hasta ahora, los factores de transcripción eucariontes no parecen tan diferentes de los factores de transcripción que hemos visto en las bacterias. Se unen al ADN y hacen que sea más fácil o más difícil que la ARN polimerasa haga su trabajo, justo como la proteína represora lac de E. coli.
En general, esto es un punto importante. Las proteínas que controlan la transcripción suelen funcionar de formas similares, ya sea dentro de tus propias células o en las bacterias que habitan en tu nariz. Las diferencias principales son mecánicas: qué tan lejos están los sitios de regulación, si se requieren o no factores basales de transcripción, etc.
Sin embargo, también hay algunas diferencias significativas en cuanto a cómo se usan los factores de transcripción en los humanos. Los seres humanos y demás eucariontes son complejos: estamos hechos de billones de células organizadas en tejidos y estructuras corporales únicas. Cada célula de tu cuerpo debe correr su propio "programa" de expresión génica.

Encendido de genes en partes del cuerpo específicas

Algunos genes deben expresarse en más de una parte de tu cuerpo o tipo de célula. Por ejemplo, supngamos que un gene tuviera que encenderse en tu columna, cráneo y puntas de los dedos, pero no en el resto de tu cuerpo. ¿Cómo pueden los factores de transcripción hacer que se dé este patrón?
Un gen con este tipo de patrón podría tener varios potenciadores (conjuntos lejanos de sitios de unión de los activadores) o silenciadores (que son lo mismo, pero para los represores). Cada potenciador o silenciador puede activar o reprimir el gen en cierto tipo de células o parte del cuerpo, al unirse a factores de transcripción que se producen en esa parte del cuerpo.1,2

Ejemplo: un modelo de ratón

Como ejemplo, consideremos un gen que se encuentra en los ratones llamado Tbx4. Este gen es importante para el desarrollo de muchas partes distintas del cuerpo del ratón, entre ellas, los vasos sanguíneos y las patas traseras3.
Durante el desarrollo, varios promotores bien definidos promueven la expresión de Tbx4 en diferentes partes del embrión de ratón. El siguiente diagrama muestra algunos de los promotores de Tbx4, cada uno marcado con la parte del cuerpo donde produce la expresión.
Dibujo no totalmente a escala. Imagen basada en la figura 5 de Menke et al.3

Evolución del desarrollo

Potenciadores como aquellos del gen Tbx4 se conocen como potenciadores específicos de tejido, y controlan la expresión de un gen en cierta parte del cuerpo. Las mutaciones en los potenciadores y silenciadores específicos de tejidos podrían tener un papel clave en la evolución de la forma del cuerpo.4
¿Cómo funciona eso? Supongamos que una mutación o cambio en el ADN sucediera en la secuencia codificante del gen Tbx4. La mutación desactivaría el gen en todo el cuerpo, y un ratón sin una copia normal moriría. Sin embargo, una mutación en un potenciador podría quizás solo cambiar el patrón de expresión un poquito, lo que llevaría a una caracterísitca nueva (por ejemplo, una pata más corta) sin matar al raton.

Los factores de transcripción y la "lógica" celular

¿Pueden las células usar lógica? No de la misma manera que tu sorprendente cerebro. Sin embargo, las células pueden detectar información y combinarla para determinar la respuesta correcta, de forma muy similar a como tu calculadora detecta las teclas que se presionan y saca una respuesta.
Podemos ver un ejemplo de esta "lógica molecular" cuando consideramos cómo los factores de transcripción regulan los genes. Muchos genes están bajo el control de diversos factores de transcripción y se requiere una combinación específica para encender un gen. Esto es particularmente cierto en los eucariontes y en ocasiones se conoce como regulación combinatoria.5,6 Por ejemplo, un gen podría expresarse solo si están presentes los activadores A y B, y si el represor C está ausente.
En este diagrama un gen específico tiene tres sitios de unión. Uno es para el activador con forma de círculo, otro para el activador con forma de estrella y el tercero es para un represor con forma de señal de alto (octagonal). Este gen solo se expresa si ambos activadores están presentes y el represor ausente.
Escenario 1: ambos activadores están presentes, el receptor está ausente. En este caso, ocurre la transcripción.
Escenario 2: solo un activador está presente. Se da poca o ninguna transcripción.
Escenario 3: ambos activadores están presentes, pero también el receptor está presente. No hay transcripción.
El uso de multiples factores de transcripción para regular un gen significa que se pueden integrar diferentes fuentes de información en un solo resultado. Por ejemplo, imagina que:
  • El activador A está presente solo en células de piel
  • El activador B es activo solo en las células que reciben señales "¡dividirse ahora!" (factores de crecimiento) de sus vecinas
  • El represor C se produce cuando está dañado el ADN de una célula
En este caso, el gen se "encendería" solo en las células de piel que reciben señales de división y que tienen ADN sano y sin daños. Este patrón de regulación tiene sentido para un gen involucrado en la división celular de células cutáneas. De hecho, la pérdida de proteínas similares al represor C puede llevar al cáncer.
En la vida real, la regulación combinatoria puede ser un poco más complicada que esto. Por ejemplo, podrían estar involucrados muchos factores de transcripción, o podría ser importante el número exacto de moléculas de un factor de transcripción dado que estén unidas al ADN.

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  • Avatar blobby green style para el usuario sara Ibeth Hernandez
    El activador A está presente solo en células de piel
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  • Avatar blobby green style para el usuario sara Ibeth Hernandez
    De hecho, la pérdida de proteínas similares al represor C puede llevar al cáncer.
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  • Avatar blobby green style para el usuario miguebloke66
    ¿las eucariotas tienen operones?
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    • Avatar blobby green style para el usuario Luis Navarrete
      No, los genes bacterianos cuentan con varios genes dentro del mismo operon (generalmente relacionados con el mismo proceso metabólico, como el operón lac que codifica varias enzimas relacionadas con el metabolismo de la lactosa), mientras los genes eucariotas sólo incluyen un gen. Es decir, se puede ver a un operon como un conjunto de genes que dará lugar a varias proteínas, mientras que en eucariotas cada gen da como resultado una sola proteína (en general, porque no todos los genes dan lugar a proteínas)
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  • Avatar blobby green style para el usuario Belu
    Tengo una duda. Las proteínas activadoras se sitúan en un enhancer, y de ahí se forma un bucle en donde el complejo basal proteico entra en contacto con la proteína activadora aumentando la transcripción. Pero puede ser que la proteína activadora con el sólo hecho de unirse a un enhancer ya aumente la transcripción? O tiene que entrar en contacto con el complejo basal?

    Mi otra duda es, las proteínas represoras también entran en contacto con el complejo basal? O simplemente se sitúan en los silenciadores, y ya inhibe la transcripción?

    Por último, supongamos que hay proteínas activadoras en sus enhancer (lo que aumentaría la transcripción) pero de pronto se posa una proteína represiva en un silenciador, la transcripción de inhibiría inmediatamente aunque haya proteínas activadoras?
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  • Avatar blobby green style para el usuario Bassoonist Strange
    Entonces el sitio de unión de los factores de transcripción no es en el promotor de un gen si no en un sitio cercano a esté o lejano como una secuencia enhancer?
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