La transcripción eucariota es el elaborado proceso que utilizan las células eucariotas para copiar la información genética almacenada en el ADN en unidades de réplica de ARN complementario transportable . [1] La transcripción de genes ocurre tanto en células eucariotas como procariotas . A diferencia de la ARN polimerasa procariota que inicia la transcripción de todos los diferentes tipos de ARN, la ARN polimerasa en eucariotas (incluidos los humanos) se presenta en tres variaciones, cada una de las cuales traduce un tipo diferente de gen. Una célula eucariota tiene un núcleo que separa los procesos de transcripción y traducción . La transcripción eucariota ocurre dentro del núcleo donde el ADN se empaqueta en nucleosomasy estructuras de cromatina de orden superior . La complejidad del genoma eucariota requiere una gran variedad y complejidad del control de la expresión génica.
La transcripción eucariota procede en tres etapas secuenciales: inicio, alargamiento y terminación. [1]
Los ARN transcritos cumplen diversas funciones. Por ejemplo, los componentes estructurales del ribosoma son transcritos por la ARN polimerasa I. Los genes codificadores de proteínas son transcritos por la ARN polimerasa II en ARN mensajeros (ARNm) que llevan la información del ADN al sitio de síntesis de proteínas. [1] Más abundantemente son los llamados ARN no codificantes que representan la gran mayoría de la producción transcripcional de una célula. [2] Estos ARN no codificantes realizan una variedad de funciones celulares importantes. [2]
Polimerasa de ARN
Los eucariotas tienen tres polimerasas de ARN nucleares, cada una con funciones y propiedades distintas. [3] [4]
Nombre | Localización | Producto |
ARN polimerasa I (Pol I, Pol A) | nucléolo | ARN ribosómico más grande ( ARNr ) ( 28S , 18S , 5.8S ) |
ARN polimerasa II (Pol II, Pol B) | núcleo | ARN mensajero ( ARNm ), la mayoría de los ARN nucleares pequeños ( ARNsn ), ARN de interferencia pequeños ( ARNip ) y microARN ( miARN ). |
ARN polimerasa III (Pol III, Pol C) | núcleo (y posiblemente la interfaz nucleolo- nucleoplasma ) | ARN de transferencia ( ARNt ), otros ARN pequeños (incluido el ARN ribosómico 5S pequeño (ARNr 5s) , ARNnn U6, ARN de partículas de reconocimiento de señales (ARN SRP) y otros ARN cortos estables |
La ARN polimerasa I (Pol I) cataliza la transcripción de todos los genes de ARNr excepto el 5S. [3] [4] Estos genes de ARNr se organizan en una sola unidad transcripcional y se transcriben en una transcripción continua. Este precursor luego se procesa en tres ARNr: 18S, 5.8S y 28S. La transcripción de genes de ARNr tiene lugar en una estructura especializada del núcleo llamada nucleolo, [5] donde los ARNr transcritos se combinan con proteínas para formar ribosomas . [6]
La RNA polimerasa II (Pol II) es responsable de la transcripción de todos los mRNA, algunos snRNA, siRNA y todos los miRNA. [3] [4] Muchas transcripciones de Pol II existen de forma transitoria como ARN precursores de una sola hebra (pre-ARN) que se procesan aún más para generar ARN maduros. [1] Por ejemplo, los ARNm precursores (pre-ARNm) se procesan extensamente antes de salir al citoplasma a través del poro nuclear para la traducción de proteínas.
ARN polimerasa III (Pol III) transcribe pequeños RNAs no codificantes, incluyendo ARNt, 5S rRNA, snRNA U6, ARN SRP, y otros ARN cortos estables tales como ribonucleasa P RNA. [7]
Las ARN polimerasas I, II y III contienen 14, 12 y 17 subunidades, respectivamente. [8] Las tres polimerasas eucariotas tienen cinco subunidades centrales que exhiben homología con las subunidades β, β ', α I , α II y ω de la ARN polimerasa de E. coli. Las tres polimerasas eucariotas utilizan una subunidad similar a ω (RBP6) idéntica, mientras que Pol I y III utilizan las mismas subunidades similares a α. Las tres polimerasas eucariotas comparten otras cuatro subunidades comunes entre ellas. Las subunidades restantes son únicas para cada ARN polimerasa. Las subunidades adicionales que se encuentran en Pol I y Pol III en relación con Pol II, son homólogas a los factores de transcripción Pol II. [8]
Las estructuras cristalinas de las ARN polimerasas I [9] y II [10] brindan la oportunidad de comprender las interacciones entre las subunidades y el mecanismo molecular de la transcripción eucariota en detalle atómico.
El dominio carboxilo terminal (CTD) de RPB1 , la subunidad más grande de la ARN polimerasa II, juega un papel importante en reunir la maquinaria necesaria para la síntesis y procesamiento de las transcripciones Pol II. [11] Larga y estructuralmente desordenada, la CTD contiene múltiples repeticiones de la secuencia de heptapéptidos YSPTSPS que están sujetas a fosforilación y otras modificaciones postraduccionales durante el ciclo de transcripción. Estas modificaciones y su regulación constituyen el código operativo del CTD para controlar el inicio, elongación y terminación de la transcripción y para acoplar la transcripción y el procesamiento del ARN. [11]
Iniciación
El inicio de la transcripción de genes en eucariotas ocurre en pasos específicos. [1] Primero, una ARN polimerasa junto con factores de transcripción generales se une a la región promotora del gen para formar un complejo cerrado llamado complejo de preiniciación . La posterior transición del complejo del estado cerrado al estado abierto da como resultado la fusión o separación de las dos hebras de ADN y el posicionamiento de la hebra molde en el sitio activo de la ARN polimerasa. Sin la necesidad de un cebador, la ARN polimerasa puede iniciar la síntesis de una nueva cadena de ARN utilizando la cadena de ADN molde para guiar la selección de ribonucleótidos y la química de polimerización. [1] Sin embargo, muchas de las síntesis iniciadas se abortan antes de que las transcripciones alcancen una longitud significativa (~ 10 nucleótidos). Durante estos ciclos abortivos, la polimerasa sigue produciendo y liberando transcripciones cortas hasta que es capaz de producir una transcripción que supera los diez nucleótidos de longitud. Una vez que se alcanza este umbral, la ARN polimerasa pasa al promotor y la transcripción pasa a la fase de elongación. [1]
Promotores eucariotas y factores de transcripción generales
Los genes transcritos con Pol II contienen una región en la vecindad inmediata del sitio de inicio de la transcripción (TSS) que se une y posiciona el complejo de preiniciación. Esta región se denomina promotor central debido a su papel esencial en el inicio de la transcripción. [12] [13] Se encuentran diferentes clases de elementos de secuencia en los promotores. Por ejemplo, la caja TATA es la secuencia de reconocimiento de ADN altamente conservada para la proteína de unión a la caja TATA, TBP , cuya unión inicia el ensamblaje del complejo de transcripción en muchos genes.
Los genes eucariotas también contienen secuencias reguladoras más allá del promotor central. Estos elementos de control que actúan en cis se unen a activadores o represores de la transcripción para aumentar o disminuir la transcripción del promotor central. Los elementos regulatorios bien caracterizados incluyen potenciadores , silenciadores y aislantes . Estas secuencias reguladoras pueden extenderse a una gran distancia genómica, a veces ubicadas a cientos de kilobases de los promotores centrales. [1]
Los factores de transcripción generales son un grupo de proteínas involucradas en el inicio y la regulación de la transcripción. [1] Estos factores suelen tener dominios de unión al ADN que se unen a elementos de secuencia específicos del promotor central y ayudan a reclutar la ARN polimerasa en el sitio de inicio de la transcripción. Los factores de transcripción generales para la ARN polimerasa II incluyen TFIID , TFIIA , TFIIB , TFIIF , TFIIE y TFIIH . [1] [14] [15]
Montaje del complejo de preiniciación
La transcripción, un conjunto completo de factores de transcripción generales y la ARN polimerasa deben ensamblarse en el promotor central para formar el complejo de preiniciación de ~ 2,5 millones de dalton. [16] Por ejemplo, para los promotores que contienen una caja TATA cerca del TSS, el reconocimiento de la caja TATA por la subunidad TBP de TFIID inicia el ensamblaje de un complejo de transcripción. Las siguientes proteínas en entrar son TFIIA y TFIIB, que estabilizan el complejo ADN-TFIID y reclutan Pol II en asociación con TFIIF y factores de transcripción adicionales. TFIIB sirve como puente entre el TBP unido a TATA y la polimerasa y ayuda a colocar el centro activo de la polimerasa en la posición correcta para iniciar la transcripción. Uno de los últimos factores de transcripción que se incorporan al complejo de preiniciación es el TFIIH, que desempeña un papel importante en la fusión y el escape del promotor. [17]
Promotor de fusión y formación de complejos abiertos
Para los genes transcritos con pol II, y a diferencia de la ARN polimerasa bacteriana, la fusión del promotor requiere la hidrólisis de ATP y está mediada por TFIIH. [17] TFIIH es una proteína de diez subunidades, que incluye actividades de ATPasa y proteína quinasa . [18] Mientras que el ADN promotor corriente arriba se mantiene en una posición fija por el TFIID, el TFIIH arrastra el ADN bicatenario corriente abajo hacia la hendidura de la polimerasa, impulsando la separación de las cadenas de ADN y la transición del complejo de preiniciación del estado cerrado al abierto . TFIIB ayuda en la formación de complejos abiertos uniendo el ADN derretido y estabilizando la burbuja de transcripción .
Iniciación abortiva
Una vez que el complejo de iniciación está abierto, el primer ribonucleótido se lleva al sitio activo para iniciar la reacción de polimerización en ausencia de un cebador. [1] Esto genera una cadena de ARN naciente que forma un heterodúplex con la hebra de ADN molde. Sin embargo, antes de entrar en la fase de alargamiento, la polimerasa puede terminar prematuramente y liberar una transcripción corta y truncada. Este proceso se llama iniciación abortiva. [19] Pueden ocurrir muchos ciclos de iniciación abortiva antes de que la transcripción crezca hasta una longitud suficiente para promover el escape de la polimerasa del promotor. A lo largo de los ciclos de iniciación abortivos, la ARN polimerasa permanece unida al promotor y arrastra el ADN corriente abajo hacia su hendidura catalítica en un movimiento de tipo aplastamiento. [19]
Escape del promotor
Cuando una transcripción alcanza la longitud umbral de diez nucleótidos, ingresa al canal de salida del ARN. [1] La polimerasa rompe sus interacciones con los elementos promotores y cualquier proteína reguladora asociada con el complejo de iniciación que ya no necesita. [20] El escape del promotor en eucariotas requiere hidrólisis de ATP y, en el caso de Pol II, fosforilación del CTD. Mientras tanto, la burbuja de transcripción colapsa a 12-14 nucleótidos, proporcionando la energía cinética necesaria para el escape. [1]
Alargamiento
Después de escapar del promotor y eliminar la mayoría de los factores de transcripción para la iniciación, la polimerasa adquiere nuevos factores para la siguiente fase de la transcripción: elongación. [21] [22] El alargamiento de la transcripción es un proceso de proceso. El ADN de doble hebra que ingresa por la parte frontal de la enzima se descomprime para aprovechar la hebra de plantilla para la síntesis de ARN. Por cada par de bases de ADN separado por la polimerasa en avance, se forma inmediatamente un par de bases híbrido de ARN: ADN. Las cadenas de ADN y la cadena de ARN naciente salen de canales separados; las dos hebras de ADN se reúnen en el extremo final de la burbuja de transcripción, mientras que el ARN de una sola hebra emerge solo.
Factores de alargamiento
Entre las proteínas reclutadas para la polimerasa se encuentran los factores de elongación, llamados así porque estimulan el alargamiento de la transcripción. [23] Hay diferentes clases de factores de alargamiento. Algunos factores pueden aumentar la tasa general de transcripción, algunos pueden ayudar a la polimerasa a través de sitios de pausa transitorios y algunos pueden ayudar a la polimerasa a transcribir a través de la cromatina. [24] Uno de los factores de elongación, P-TEFb , es particularmente importante. [25] P-TEFb fosforila el segundo residuo (Ser-2) de las repeticiones CTD (YSPTSPS) de la Pol II unida. P-TEFb también fosforila y activa SPT5 y TAT-SF1. SPT5 es un factor de transcripción universal que ayuda a reclutar la enzima de protección 5 ' para Pol II con un CTD fosforilado en Ser-5. TAF-SF1 recluta componentes de la maquinaria de empalme de ARN para el CTD fosforilado de Ser-2. P-TEFb también ayuda a suprimir la pausa transitoria de la polimerasa cuando encuentra ciertas secuencias inmediatamente después de la iniciación. [25]
Fidelidad de transcripción
La fidelidad de la transcripción se logra a través de múltiples mecanismos. Las ARN polimerasas seleccionan el sustrato de nucleósido trifosfato (NTP) correcto para evitar errores de transcripción. Solo el NTP que se empareja correctamente con la base codificante del ADN es admitido en el centro activo. [26] [27] La ARN polimerasa realiza dos funciones de lectura de pruebas conocidas para detectar y eliminar nucleótidos mal incorporados: edición pirofosforilítica y edición hidrolítica. [1] El primero elimina el ribonucleótido insertado incorrectamente mediante una simple inversión de la reacción de polimerización, mientras que el segundo implica el retroceso de la polimerasa y la escisión de un segmento de producto de ARN que contiene errores. El factor de elongación TFIIS ( InterPro : IPR006289 ; TCEA1 , TCEA2 , TCEA3 ) estimula una actividad ribonucleasa inherente en la polimerasa, lo que permite la eliminación de bases mal incorporadas a través de una degradación local limitada del ARN. [28] Tenga en cuenta que todas las reacciones (síntesis de enlaces fosfodiéster, pirofosforólisis, hidrólisis de enlaces fosfodiéster) se realizan mediante la ARN polimerasa utilizando un solo centro activo. [29]
Hacer una pausa, mantener el equilibrio y retroceder
El alargamiento de la transcripción no es un viaje suave a lo largo del ADN bicatenario, ya que la ARN polimerasa sufre una extensa pausa cotranscripcional durante el alargamiento de la transcripción. [30] [31] En general, la ARN polimerasa II no se transcribe a través de un gen a un ritmo constante. Más bien se detiene periódicamente en ciertas secuencias, a veces durante largos períodos de tiempo antes de reanudar la transcripción. [32] Esta pausa es especialmente pronunciada en los nucleosomas, y surge en parte debido a que la polimerasa entra en un estado de retroceso transcripcionalmente incompetente. [30] La duración de estas pausas varía de segundos a minutos o más, y la salida de pausas de larga duración puede ser promovida por factores de alargamiento como TFIIS. [33]
Esta pausa también se utiliza a veces para la corrección de pruebas; aquí, la polimerasa retrocede, borra parte del ARN que ya ha producido y tiene otra oportunidad de transcripción. [1] En casos extremos, por ejemplo, cuando la polimerasa encuentra un nucleótido dañado, se detiene por completo. Más a menudo, una polimerasa de alargamiento se detiene cerca del promotor. [32] La pausa en la proximidad del promotor durante el alargamiento temprano es un mecanismo comúnmente utilizado para regular los genes que están preparados para expresarse rápidamente o de manera coordinada. La pausa está mediada por un complejo llamado NELF (factor de elongación negativo) en colaboración con DSIF (factor inductor de sensibilidad a DRB que contiene SPT4 / SPT5). [34] El bloqueo se libera una vez que la polimerasa recibe una señal de activación, como la fosforilación de Ser-2 de la cola de CTD por P-TEFb. Otros factores de elongación como ELL y TFIIS estimulan la tasa de elongación al limitar la cantidad de tiempo que la polimerasa se detiene. [1]
Procesamiento de ARN
El alargamiento de la polimerasa está asociado con un conjunto de factores proteicos necesarios para varios tipos de procesamiento de ARN. [1] El ARNm se bloquea tan pronto como emerge del canal de salida de ARN de la polimerasa. Después del taponado, la desfosforilación de Ser-5 dentro de las repeticiones CTD puede ser responsable de la disociación de la maquinaria de taponado. La fosforilación adicional de Ser-2 provoca el reclutamiento de la maquinaria de corte y empalme de ARN que cataliza la eliminación de intrones no codificantes para generar ARNm maduro. [1] El empalme alternativo expande los complementos proteicos en eucariotas. Al igual que con la protección y el empalme en 5 ', la cola de CTD participa en el reclutamiento de las enzimas responsables de la poliadenilación 3' , el evento de procesamiento del ARN final que se acopla con la terminación de la transcripción. [1]
Terminación
La última etapa de la transcripción es la terminación, que conduce a la disociación de la transcripción completa y la liberación de la ARN polimerasa del ADN molde. El proceso es diferente para cada una de las tres ARN polimerasas. [35] El mecanismo de terminación es el menos comprendido de las tres etapas de transcripción.
Depende del factor
La terminación de la transcripción de genes pre-rRNA por la polimerasa Pol I se realiza mediante un sistema que necesita un factor de terminación de la transcripción específico. [3] El mecanismo utilizado tiene cierta semejanza con la terminación rho-dependiente en procariotas. [36] Las células eucariotas contienen cientos de repeticiones de ADN ribosómico, a veces distribuidas en varios cromosomas. La terminación de la transcripción ocurre en la región espaciadora intergénica ribosómica que contiene varios sitios de terminación de la transcripción corriente arriba de un sitio de pausa Pol I. A través de un mecanismo aún desconocido, el extremo 3 'del transcrito se escinde, generando una gran molécula de ARNr primario que se procesa adicionalmente en los ARNr 18S, 5.8S y 28S maduros.
Cuando Pol II llega al final de un gen, dos complejos de proteínas transportados por CTD, CPSF (factor de especificidad de escisión y poliadenilación) y CSTF (factor de estimulación de escisión), reconocen la señal poli-A en el ARN transcrito. [35] CPSF y CSTF unidos a poli-A reclutan otras proteínas para llevar a cabo la escisión del ARN y luego la poliadenilación. La polimerasa poli-A agrega aproximadamente 200 adeninas al extremo 3 'escindido del ARN sin una plantilla. [35] La larga cola poli-A es exclusiva de las transcripciones realizadas por Pol II.
En el proceso de terminar la transcripción por Pol I y Pol II, el complejo de elongación no se disuelve inmediatamente después de que se escinde el ARN. La polimerasa continúa moviéndose a lo largo de la plantilla, generando una segunda molécula de ARN asociada con el complejo de elongación. [1] Se han propuesto dos modelos para explicar cómo se logra finalmente la terminación. [35] El modelo alostérico establece que cuando la transcripción avanza a través de la secuencia de terminación, provoca el desensamblaje de los factores de elongación y / o un conjunto de factores de terminación que provocan cambios conformacionales del complejo de elongación. [36] [37] El modelo de torpedo sugiere que una exonucleasa de 5 'a 3' degrada el segundo ARN a medida que emerge del complejo de elongación. La polimerasa se libera cuando la exonucleasa altamente procesiva la supera. Se propone que una visión emergente expresará una fusión de estos dos modelos. [37]
Independiente del factor
La ARN polimerasa III puede terminar la transcripción de manera eficiente sin la participación de factores adicionales. La señal de terminación Pol III consiste en un tramo de timinas (en la cadena sin plantilla) ubicadas dentro de los 40 pb aguas abajo del extremo 3 'de los ARN maduros. [35] La señal de terminación poli-T hace una pausa en Pol III.
Control transcripcional eucariota
La regulación de la expresión génica en eucariotas se logra mediante la interacción de varios niveles de control que actúan tanto localmente para activar o desactivar genes individuales en respuesta a una necesidad celular específica como globalmente para mantener un patrón de expresión génica en toda la cromatina que da forma a la identidad celular. . [1] [38] Debido a que el genoma eucariótico se envuelve alrededor de las histonas para formar nucleosomas y estructuras de cromatina de orden superior, los sustratos de la maquinaria transcripcional en general están parcialmente ocultos. [1] Sin proteínas reguladoras, muchos genes se expresan a bajo nivel o no se expresan en absoluto. La transcripción requiere el desplazamiento de los nucleosomas posicionados para permitir que la maquinaria transcripcional obtenga acceso al ADN. [39]
Todos los pasos de la transcripción están sujetos a cierto grado de regulación. [1] El inicio de la transcripción, en particular, es el nivel principal en el que se regula la expresión génica. Apuntar al paso inicial que limita la velocidad es el más eficiente en términos de costos de energía para la celda. El inicio de la transcripción está regulado por elementos que actúan en cis ( potenciadores , silenciadores , aisladores) dentro de las regiones reguladoras del ADN y factores de acción en trans específicos de secuencia que actúan como activadores o represores. [1] La transcripción de genes también se puede regular después de la iniciación dirigiéndose al movimiento de la polimerasa en alargamiento. [40]
Control global y regulación epigenética
El genoma eucariota está organizado en una estructura de cromatina compacta que solo permite un acceso regulado al ADN. La estructura de la cromatina puede ser globalmente "abierta" y más transcripcionalmente permisiva, o globalmente "condensada" y transcripcionalmente inactiva. La primera ( eucromatina ) está ligeramente empaquetada y es rica en genes bajo transcripción activa. La última ( heterocromatina ) incluye regiones pobres en genes como telómeros y centrómeros, pero también regiones con densidad genética normal pero silenciadas transcripcionalmente. La transcripción puede silenciarse mediante modificación de histonas ( desacetilación y metilación ), interferencia de ARN y / o metilación de ADN . [41]
Los patrones de expresión genética que definen la identidad celular se heredan a través de la división celular. [1] Este proceso se llama regulación epigenética . La metilación del ADN se hereda de manera confiable a través de la acción de las metilasas de mantenimiento que modifican la cadena de ADN naciente generada por la replicación. [1] En células de mamíferos, la metilación del ADN es el marcador principal de regiones silenciadas transcripcionalmente. Las proteínas especializadas pueden reconocer el marcador y reclutar histonas desacetilasas y metilasas para restablecer el silenciamiento. Las modificaciones de las histonas del nucleosoma también podrían heredarse durante la división celular, sin embargo, no está claro si pueden funcionar de forma independiente sin la dirección de la metilación del ADN. [1]
Activación de genes específicos
Las dos tareas principales del inicio de la transcripción son proporcionar a la ARN polimerasa un acceso al promotor y ensamblar factores de transcripción generales con polimerasa en un complejo de inicio de la transcripción. Se han identificado diversos mecanismos para iniciar la transcripción anulando las señales inhibidoras en el promotor del gen. [1] Los genes eucariotas han adquirido extensas secuencias reguladoras que abarcan un gran número de sitios de unión a reguladores y se extienden en general kilobases (a veces cientos de kilobases) desde el promotor, tanto en sentido ascendente como descendente. [1] Los sitios de unión del regulador a menudo se agrupan en unidades llamadas potenciadores. Los potenciadores pueden facilitar la acción altamente cooperativa de varios factores de transcripción (que constituyen los potenciadores ). Los potenciadores remotos permiten la regulación de la transcripción a distancia. Los aislantes situados entre potenciadores y promotores ayudan a definir los genes en los que un potenciador puede o no influir.
Los activadores transcripcionales eucariotas tienen funciones de unión y activación de ADN separadas. [1] Al unirse a su elemento cis, un activador puede reclutar polimerasa directamente o reclutar otros factores necesarios para la maquinaria transcripcional. Un activador también puede reclutar modificadores de nucleosomas que alteran la cromatina en la vecindad del promotor y, por lo tanto, ayudan a la iniciación. Múltiples activadores pueden trabajar juntos, ya sea reclutando un componente común o dos componentes mutuamente dependientes de la maquinaria transcripcional, o ayudándose mutuamente a unirse a sus sitios de ADN. [1] Estas interacciones pueden sinergizar múltiples entradas de señalización y producir intrincadas respuestas transcripcionales para abordar las necesidades celulares.
Represión de genes específicos
Los represores de la transcripción eucariotas comparten algunos de los mecanismos utilizados por sus homólogos procariotas. Por ejemplo, al unirse a un sitio en el ADN que se solapa con el sitio de unión de un activador, un represor puede inhibir la unión del activador. Pero con mayor frecuencia, los represores eucariotas inhiben la función de un activador enmascarando su dominio activador, impidiendo su localización nuclear, promoviendo su degradación o inactivándolo mediante modificaciones químicas. [1] Los represores pueden inhibir directamente el inicio de la transcripción uniéndose a un sitio corriente arriba de un promotor e interactuando con la maquinaria transcripcional. Los represores pueden reprimir indirectamente la transcripción al reclutar modificadores de histonas (desacetilasas y metilasas) o enzimas remodeladoras de nucleosomas que afectan la accesibilidad del ADN. [1] La represión de las modificaciones de histonas y ADN también es la base del silenciamiento transcripcional que puede extenderse a lo largo de la cromatina y desactivar múltiples genes. [42]
Control de alargamiento y terminación
La fase de elongación comienza una vez que se ha completado el ensamblaje del complejo de elongación y progresa hasta que se encuentra una secuencia de terminación. [1] El movimiento posterior al inicio de la ARN polimerasa es el objetivo de otra clase de importantes mecanismos reguladores. Por ejemplo, el activador transcripcional Tat afecta el alargamiento en lugar de la iniciación durante su regulación de la transcripción del VIH . [43] De hecho, muchos genes eucariotas se regulan mediante la liberación de un bloqueo de la elongación de la transcripción llamado pausa proximal del promotor. [44] La pausa puede influir en la estructura de la cromatina en los promotores para facilitar la actividad de los genes y dar lugar a respuestas transcripcionales rápidas o sincrónicas cuando las células se exponen a una señal de activación. [32] La pausa está asociada con la unión de dos factores de elongación negativos, DSIF (SPT4 / SPT5) y NELF, al complejo de elongación. Otros factores también pueden influir en la estabilidad y duración de la polimerasa en pausa. [45] La liberación de la pausa se desencadena por el reclutamiento de la quinasa P-TEFb. [40]
La terminación de la transcripción también ha surgido como un área importante de regulación transcripcional. La terminación se combina con el reciclaje eficiente de la polimerasa. [46] Los factores asociados con la terminación de la transcripción también pueden mediar el bucle de genes y, por lo tanto, determinar la eficiencia de la reiniciación.
Reparación de ADN acoplada a la transcripción
Cuando la transcripción se detiene por la presencia de una lesión en la hebra transcrita de un gen, las proteínas de reparación del ADN se reclutan en la ARN polimerasa estancada para iniciar un proceso llamado reparación acoplada a la transcripción. [47] Un elemento central de este proceso es el factor de transcripción general TFIIH que tiene actividad ATPasa. El TFIIH provoca un cambio conformacional en la polimerasa, para exponer la burbuja de transcripción atrapada en el interior, para que las enzimas reparadoras del ADN accedan a la lesión. [48] Por lo tanto, la ARN polimerasa sirve como una proteína que detecta daños en la célula para dirigir las enzimas de reparación a los genes que se están transcribiendo activamente.
Comparaciones entre la transcripción procariota y eucariota
La transcripción eucariota es más compleja que la transcripción procariota . Por ejemplo, en eucariotas, el material genético (ADN), y por lo tanto la transcripción, se localiza principalmente en el núcleo, donde está separado del citoplasma (en el que se produce la traducción) por la membrana nuclear. Esto permite la regulación temporal de la expresión génica a través del secuestro del ARN en el núcleo y permite el transporte selectivo de ARN maduros al citoplasma. Las bacterias no tienen un núcleo distinto que separe el ADN del ribosoma y el ARNm se traduce en proteína tan pronto como se transcribe. El acoplamiento entre los dos procesos proporciona un mecanismo importante para la regulación de genes procariotas. [1]
En el nivel de iniciación, la ARN polimerasa en procariotas (bacterias en particular) se une fuertemente a la región promotora e inicia una alta tasa basal de transcripción. No se necesita hidrólisis de ATP para la transición cercana a abierta, la fusión del promotor es impulsada por reacciones de unión que favorecen la conformación fundida. La cromatina impide en gran medida la transcripción en eucariotas. Se requiere el ensamblaje de un gran complejo de preiniciación de múltiples proteínas para la iniciación específica del promotor. La fusión del promotor en eucariotas requiere la hidrólisis de ATP. Como resultado, las ARN polimerasas eucariotas exhiben una baja tasa basal de iniciación de la transcripción. [42]
Regulación de la transcripción en cáncer.
En los vertebrados, la mayoría de los promotores de genes contienen una isla CpG con numerosos sitios CpG . [49] Cuando muchos de los sitios CpG promotores de un gen están metilados, el gen se silencia. [50] Los cánceres colorrectales suelen tener de 3 a 6 mutaciones de conductor y de 33 a 66 mutaciones de autoestopista o pasajero. [51] Sin embargo, el silenciamiento transcripcional puede ser más importante que la mutación para causar la progresión al cáncer. Por ejemplo, en los cánceres colorrectales alrededor de 600 a 800 genes son silenciados transcripcionalmente por la metilación de la isla CpG (ver regulación de la transcripción en el cáncer ). La represión transcripcional en el cáncer también puede ocurrir por otros mecanismos epigenéticos , como la expresión alterada de microARN . [52] En el cáncer de mama, la represión transcripcional de BRCA1 puede ocurrir con mayor frecuencia por microARN-182 sobreexpresado que por hipermetilación del promotor BRCA1 (consulte Baja expresión de BRCA1 en cánceres de mama y ovario ).
Ver también
- Transcripción bacteriana
- Regulación de la expresión génica
- Polimerasa de ARN
- Regulación transcripcional
- Factor de transcripcion
- Memoria transcripcional
Referencias
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