Control y Modulación de la Expresión Génica: Mecanismos y Niveles

Regulación de la Expresión Génica

Es el control de la cantidad y el momento de aparición de los productos funcionales de un gen. Esta regulación se produce tanto en eucariotas como en procariotas. Los procariotas, por ejemplo, requieren que los genes se expresen para adaptarse a cambios rápidos del ambiente (por ejemplo, si hay mucha glucosa en el medio, se expresarán rápidamente enzimas que la degraden). En eucariotas, no obstante, la regulación es mucho más compleja; cada etapa del ciclo vital de un eucariota requiere la expresión de genes diferentes a otra etapa.

Cada célula de nuestro cuerpo contiene todos los genes, pero solo una parte de ellos tienen expresión en un tipo de célula, y otro grupo de genes tendrá expresión en otro tipo de célula.

Tipos de Genes

-Estructurales: codifican las proteínas para el metabolismo, biosíntesis o estructura, que normalmente están silenciados y solo se expresan en ciertos momentos. Un tipo especial son los genes constitutivos, que no están regulados y están constantemente expresados, por lo que tienen un papel fundamental para el mantenimiento de la célula.

-Reguladores: genes que controlan la expresión de otros; son proteínas que tienen un dominio de unión al ADN.

Control de la Expresión Génica

El control de la expresión génica se produce a diferentes niveles (niveles de regulación génica):

• A nivel de la estructura de la cromatina.
• A nivel de transcripción: promotores.
• A nivel de la maduración del ARNm: los 4 procesos de la maduración están regulados.
• A nivel de la estabilidad del ARNm.
• A nivel de la traducción: es importante la estabilidad del ARN, y los factores de la traducción están regulados.
• A nivel de la proteína: cuando la proteína está traducida, se pueden producir modificaciones post-traduccionales.

Cambios en la Estructura de la Cromatina

La epigenética son mecanismos de regulación genética que no implican cambios en las secuencias de ADN. Estos mecanismos son, por ejemplo, la modificación de histonas, metilación del ADN y remodelación de cromatina.

Si se tiene un ADN muy compacto, hay una gran dificultad para que las proteínas reguladoras actúen. Por lo tanto, en eucariotas, se relaja el ADN en forma de cromatina, con un núcleo central de histonas alrededor del cual se sitúa el ADN. Las histonas son proteínas, con una cola N-terminal y una cola carboxi-terminal, y normalmente tienen carga positiva, por lo que atraerán al ADN (con carga negativa). Las colas de las histonas se unen al ADN y favorecen el empaquetamiento. La acetilación, metilación y fosforilación hacen que las histonas pierdan la carga positiva de sus colas, impidiendo la interacción entre las colas y el ADN, y la estructura se relaja. Por lo tanto, la acetilación, la metilación y la fosforilación están relacionadas con la activación de los genes. Dos de las alteraciones más conocidas son las H3K4me3 (metilación de la cuarta Lys de la H3; es reconocida por el factor de remodelación del nucleosoma) y la H4K16Ac (acetilación de la Lys 16 de la H4; implicada en el compactamiento de la estructura, favoreciendo la expresión génica). Ambas modificaciones alteran la carga de la histona y reducen la interacción entre la histona y el ADN para que se produzca la transcripción. Otras modificaciones tienen un efecto similar (remodelación de la cromatina), en las que intervienen los complejos de remodelación de la cromatina, un grupo de proteínas que se unen a sitios determinados del ADN reposicionando las histonas, para que el ADN quede expuesto para que se unan los factores de transcripción. La idea es la misma, relajar la estructura para liberar al ADN para poder activar la transcripción.