Regulación de la expresión génica
La regulación de la expresión génica , o regulación génica , [1] incluye una amplia gama de mecanismos que utilizan las células para aumentar o disminuir la producción de productos génicos específicos ( proteína o ARN ). Los programas sofisticados de expresión génica se observan ampliamente en biología, por ejemplo, para desencadenar vías de desarrollo, responder a estímulos ambientales o adaptarse a nuevas fuentes de alimentos. Prácticamente cualquier paso de la expresión génica puede modularse, desde el inicio de la transcripción hasta el procesamiento del ARN y la modificación postraduccional.de una proteína. A menudo, un regulador de genes controla a otro, y así sucesivamente, en una red de regulación de genes .
La regulación de genes es esencial para virus , procariotas y eucariotas, ya que aumenta la versatilidad y adaptabilidad de un organismo al permitir que la célula exprese proteínas cuando sea necesario. Aunque ya en 1951, Barbara McClintock mostró la interacción entre dos loci genéticos, el Activador ( Ac ) y el Disociador ( Ds ), en la formación del color de las semillas de maíz, se considera ampliamente que el primer descubrimiento de un sistema de regulación génica fue la identificación en 1961 del operón lac , descubierto por François Jacob y Jacques Monod , en el que algunas enzimas implicadas enel metabolismo de la lactosa son expresados por E. coli solo en presencia de lactosa y ausencia de glucosa.
En los organismos multicelulares, la regulación génica impulsa la diferenciación celular y la morfogénesis en el embrión, lo que lleva a la creación de diferentes tipos de células que poseen diferentes perfiles de expresión génica a partir de la misma secuencia genómica . Aunque esto no explica cómo se originó la regulación génica, los biólogos evolutivos lo incluyen como una explicación parcial de cómo funciona la evolución a nivel molecular , y es fundamental para la ciencia de la biología del desarrollo evolutivo ("evo-devo").
Cualquier paso de la expresión génica puede modularse, desde la señalización hasta la transcripción y la modificación postraduccional de una proteína. La siguiente es una lista de etapas en las que se regula la expresión génica, el punto más utilizado es el inicio de la transcripción:
En eucariotas, la accesibilidad de grandes regiones de ADN puede depender de su estructura de cromatina , que puede alterarse como resultado de modificaciones de histonas dirigidas por la metilación del ADN , el ncRNA o la proteína de unión al ADN . Por lo tanto, estas modificaciones pueden regular hacia arriba o hacia abajo la expresión de un gen. Algunas de estas modificaciones que regulan la expresión génica son heredables y se denominan regulación epigenética .
La transcripción del ADN está dictada por su estructura. En general, la densidad de su empaquetamiento es indicativa de la frecuencia de transcripción. Los complejos proteicos octaméricos llamados histonas , junto con un segmento de ADN enrollado alrededor de las ocho proteínas histonas (en conjunto denominadas nucleosoma), son responsables de la cantidad de superenrollamiento del ADN, y estos complejos pueden modificarse temporalmente mediante procesos como la fosforilación o, de manera más permanente . modificado por procesos como la metilación . Se considera que tales modificaciones son responsables de cambios más o menos permanentes en los niveles de expresión génica. [2]
