Las fábricas de transcripción , en genética, describen los sitios discretos donde ocurre la transcripción en el núcleo celular , y son un ejemplo de un condensado biomolecular . Fueron descubiertos por primera vez en 1993 y se ha descubierto que tienen estructuras análogas a las fábricas de replicación, sitios donde la replicación también ocurre en sitios discretos. Las fábricas contienen una ARN polimerasa (activa o inactiva) y los factores de transcripción necesarios ( activadores y represores ) para la transcripción. [1] Fábricas de transcripción que contienen ARN polimerasa IIson las más estudiadas pero pueden existir fábricas de ARN polimerasa I y III ; el nucléolo se considera el prototipo de las fábricas de transcripción. Es posible verlos con microscopía óptica y electrónica . [2] El descubrimiento de fábricas de transcripción ha desafiado la visión original de cómo la ARN polimerasa interactúa con el polímero de ADN y se cree que la presencia de fábricas tiene efectos importantes sobre la regulación genética y la estructura nuclear .
Descubrimiento
El primer uso del término "fábrica de transcripción" fue utilizado en 1993 por Jackson y sus colegas, quienes notaron que la transcripción ocurría en sitios discretos en el núcleo. [3] Esto contradecía la opinión original de que la transcripción se producía en una distribución uniforme en todo el núcleo.
Estructura
La estructura de una fábrica de transcripción parece estar determinada por el tipo de célula , la actividad transcripcional de la célula y también el método de técnica utilizado para visualizar la estructura. La visión generalizada de una fábrica de transcripción incluiría entre 4 y 30 moléculas de ARN polimerasa [1] y se cree que cuanto más transcripcionalmente activa es una célula, más polimerasas estarán presentes en una fábrica para satisfacer las demandas de la transcripción. . El núcleo de la fábrica es poroso y rico en proteínas , con polimerasas hiperfosforiladas y alargadas en el perímetro. El tipo de proteínas presentes incluyen: ribonucleoproteínas , coactivadores , factores de transcripción , ARN helicasa y enzimas de procesamiento y empalme . [4] Una fábrica solo contiene un tipo de ARN polimerasa y el diámetro de la fábrica varía según la ARN polimerasa presentada; Las fábricas de ARN polimerasa I tienen aproximadamente 500 nm de ancho, mientras que las fábricas de ARN polimerasa II y III tienen una magnitud menor a 50 nm. [5] Se ha demostrado experimentalmente que la fábrica de transcripción está inmovilizada en una estructura y se postula que esta inmovilización se debe a un anclaje a la matriz nuclear ; esto se debe a que se ha demostrado que está ligado a una estructura que no se ve afectada por las enzimas de restricción . Las proteínas que se cree que están involucradas en el anclaje incluyen espectrina , actina y láminas . [4]
Función
La estructura de una fábrica transcripcional se relaciona directamente con su función. La transcripción se hace más eficiente debido a la naturaleza agrupada de la fábrica de transcripción. Todas las proteínas necesarias: ARN polimerasa, factores de transcripción y otros co-reguladores están presentes en la fábrica de transcripción que permite una polimerización más rápida del ARN cuando la plantilla de ADN llega a la fábrica, también permite que se transcriban varios genes al mismo tiempo . [6]
Ubicación genómica
La cantidad de fábricas de transcripción encontradas por núcleo parece estar determinada por el tipo de célula, la especie y el tipo de medición. Se ha descubierto que los fibroblastos embrionarios de ratón cultivados tienen aproximadamente 1500 fábricas mediante la detección por inmunofluorescencia de RNAP II, sin embargo, las células extraídas de diferentes tejidos del mismo grupo de ratones tenían entre 100 y 300 fábricas. [7] Las mediciones del número de fábricas de transcripción en las células HeLa dan un resultado variado. Por ejemplo, utilizando el método tradicional de microscopía de fluorescencia se encontraron entre 300 y 500 fábricas, pero utilizando tanto microscopía confocal como electrónica se detectaron aproximadamente 2100. [1]
Especialización en fábrica
Además de la especialización que tienen las fábricas por el tipo de ARN polimerasa que contienen, existe un nivel adicional de especialización. Hay algunas fábricas que solo transcriben un cierto conjunto de genes relacionados, esto refuerza aún más el concepto de que la función principal de una fábrica de transcripción es la eficiencia transcripcional. [7]
Montaje y mantenimiento
Existe un gran debate sobre si las fábricas de transcripción se ensamblan debido a las demandas transcripcionales del genoma o si son estructuras estables que se conservan con el tiempo. Experimentalmente, parece que permanecen fijos durante un corto período de tiempo; Los ARNm recién hechos se marcaron por pulsos durante 15 minutos y no mostró que aparecieran nuevas fábricas de transcripción. [1] Esto también está respaldado por experimentos de inhibición. En estos estudios se utilizó el choque térmico para desactivar la transcripción, lo que resultó en ningún cambio en el número de polimerasas detectadas. [8] Tras un análisis más detallado de los datos de Western Blot , se sugirió que, de hecho, había una ligera disminución con el tiempo de las fábricas de transcripción. Por lo tanto, se podría afirmar que las moléculas de polimerasa se liberan suavemente con el tiempo desde la fábrica cuando hay una falta de transcripción que eventualmente conduciría a la pérdida completa de la fábrica de transcripción. [9]
También hay varias pruebas que promueven la idea de que las fábricas de transcripción se ensamblen de novo debido a las demandas de transcripción. Los experimentos de fluorescencia de la polimerasa GFP han demostrado que la inducción de la transcripción en los núcleos de polietileno de Drosophila conduce a la formación de una fábrica que contradice la noción de una estructura estable y segura. [10]
Mecanismo
Anteriormente se pensaba que era la ARN polimerasa relativamente pequeña la que se mueve a lo largo de la plantilla de ADN comparativamente más grande durante la transcripción. Sin embargo, cada vez hay más pruebas que apoyan la idea de que, debido a la unión de una fábrica de transcripción a la matriz nuclear , es de hecho la gran plantilla de ADN la que se mueve para acomodar la polimerización del ARN. Los estudios in vitro , por ejemplo, han demostrado que las ARN polimerasas unidas a una superficie son capaces tanto de rotar la plantilla de ADN como de enhebrarla a través de la polimerasa para iniciar la transcripción; lo que indica las capacidades de la ARN polimerasa para ser un motor molecular. [6] La captura de conformación cromosómica (3C) también respalda la idea de que la plantilla de ADN se difunde hacia una ARN polimerasa estacionaria. [11]
Queda una duda sobre este mecanismo de transcripción. En primer lugar, se desconoce cómo una polimerasa estacionaria es capaz de transcribir genes en la cadena (+) - y la cadena (-) - en el mismo locus genómico al mismo tiempo. Esto se suma a la falta de evidencia concluyente sobre cómo la polimerasa permanece inmovilizada (cómo está atada) y a qué estructura está atada. [12]
Efecto sobre la estructura genómica y nuclear
Hay varias consecuencias que tiene la formación de una fábrica de transcripción sobre las estructuras nucleares y genómicas. Se ha propuesto que las fábricas sean responsables de la organización nuclear; Se ha sugerido que promueven la formación de bucles de cromatina mediante dos posibles mecanismos:
El primer mecanismo sugiere que se forman bucles porque 2 genes en el mismo cromosoma requieren la misma maquinaria de transcripción que se encontraría en una fábrica de transcripción específica. Este requisito atraerá los loci de genes a la fábrica creando así un bucle. [13]
El segundo mecanismo sugiere que la formación de bucles de cromatina se debe a la "atracción por agotamiento". Este es un fenómeno físico que ocurre cuando un objeto relativamente grande (como una fábrica de transcripción) se encuentra en un área poblada que contiene objetos solubles (por ejemplo, proteínas). Las fábricas de transcripción tienden a agregarse ya que su agrupación evita que los objetos más pequeños sean parte de la región de superposición, lo que reduce la entropía del sistema y, por lo tanto, se produciría un bucle de cromatina entre las 2 fábricas. [14]
También se sugiere que las fábricas de transcripción sean responsables de la agrupación de genes , esto se debe a que los genes relacionados requerirían la misma maquinaria transcripcional y si una fábrica satisface estas necesidades, los genes serían atraídos a la fábrica [15] . Si bien la agrupación de genes puede ser beneficiosa para la eficiencia transcripcional, esto podría tener consecuencias negativas. Los eventos de translocación de genes ocurren cuando los genes están muy próximos entre sí; lo que ocurrirá con más frecuencia cuando haya una fábrica transcripcional. Los eventos de translocación de genes, como las mutaciones puntuales , generalmente son perjudiciales para el organismo y, por lo tanto, podrían conducir a la posibilidad de una enfermedad . Sin embargo, por otro lado, investigaciones recientes han sugerido que no existe correlación entre las interacciones entre genes y las frecuencias de translocación. [dieciséis]
Ver también
- Territorios cromosómicos
- Cuerpos nucleares
- Epigenética
Referencias
- ↑ a b c d Iborra F (1996). "Las ARN polimerasas activas se localizan dentro de" fábricas "de transcripción discretas en núcleos humanos". J Cell Sci . 109 : 1427-1436. PMID 8799830 .
- ^ Schermelleh L (2010). "Una guía para la microscopía de fluorescencia de superresolución" . J. Cell Biol. 190 (2): 165-175. doi : 10.1083 / jcb.201002018 . PMC 2918923 . PMID 20643879 .
- ^ Jackson DA (1993). "Visualización de sitios focales de transcripción dentro de núcleos humanos" . EMBO J . 12 (3): 1059–1065. doi : 10.1002 / j.1460-2075.1993.tb05747.x . PMC 413307 . PMID 8458323 .
- ^ a b Melnik S (2011). "Los proteomas de las fábricas de transcripción que contienen ARN polimerasas I, II o III" . Nat. Métodos . 8 (11): 963–968. doi : 10.1038 / nmeth.1705 . PMC 3324775 . PMID 21946667 .
- ^ Eskiw CH (2011). "Estudio ultraestructural de fábricas de transcripción en eritroblastos de ratón" . J Cell Sci . 124 (21): 3676–3683. doi : 10.1242 / jcs.087981 . PMC 3215576 . PMID 22045738 .
- ^ a b Papantonis A (2011). "Arreglando el modelo para la transcripción: el ADN se mueve, no la polimerasa" . Transcripción . 2 (1): 41–44. doi : 10.4161 / trns.2.1.14275 . PMC 3023647 . PMID 21326910 .
- ^ a b Osborne C (2004). "Los genes activos se colocalizan dinámicamente en sitios compartidos de transcripción en curso" . Nat. Gineta. 36 (10): 1065–1071. doi : 10.1038 / ng1423 . PMID 15361872 .
- ^ Lindquist S (1986). "La respuesta al choque térmico". Annu. Rev. Biochem. 55 : 1151-1191. doi : 10.1146 / annurev.bi.55.070186.005443 . PMID 2427013 .
- ^ Mitchell J (2008). "Las fábricas de transcripción son subcompartimentos nucleares que permanecen en ausencia de transcripción" . Genes Dev . 22 (1): 20–25. doi : 10.1101 / gad.454008 . PMC 2151011 . PMID 18172162 .
- ^ Becker M (2002). "Comportamiento dinámico de factores de transcripción sobre un promotor natural en células vivas" . Rep . EMBO 3 (12): 1188-1194. doi : 10.1093 / embo-reports / kvf244 . PMC 1308318 . PMID 12446572 .
- ^ Gavrilov A (2010). "Mapeo de los centros de cromatina unida a la matriz nuclear por un nuevo procedimiento experimental M3C" . Ácidos nucleicos Res . 38 (22): 8051–8060. doi : 10.1093 / nar / gkq712 . PMC 3001081 . PMID 20705651 .
- ^ Pederson T (2000). "Medio siglo de" la matriz nuclear " " . Mol. Biol. Celular . 11 (3): 799–805. doi : 10.1091 / mbc.11.3.799 . PMC 14811 . PMID 10712500 .
- ^ Schoenfelder S (2010). "Las asociaciones preferenciales entre genes co-regulados revelan un interactivo transcripcional en células eritroides" . Nat. Gineta. 42 (1): 53–61. doi : 10.1038 / ng.496 . PMC 3237402 . PMID 20010836 .
- ^ Marenduzzo D (2006). "Organización del genoma impulsada por la entropía" . Biophys. J. 42 (10): 3712–3721. Código Bibliográfico : 2006BpJ .... 90.3712M . doi : 10.1529 / biophysj.105.077685 . PMC 1440752 . PMID 16500976 .
- ^ Cook PR (2010). "Un modelo para todos los genomas: el papel de las fábricas de transcripción". J. Mol. Biol. 395 (1): 1–10. doi : 10.1016 / j.jmb.2009.10.031 . PMID 19852969 .
- ^ Cowell I (2012). "Modelo para las translocaciones de MLL en la leucemia relacionada con la terapia que implica rupturas de la hebra de ADN mediadas por topoisomerasa IIbeta y proximidad de genes" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109 (23): 8989–8994. Código bibliográfico : 2012PNAS..109.8989C . doi : 10.1073 / pnas.1204406109 . PMC 3384169 . PMID 22615413 .