Classification of information source types

Uno de los principales interrogantes de la biología es comprender cómo un organismo pluricelular regula la expresión de sus genes en un tejido específico y en un momento concreto del desarrollo. La regulación génica se lleva a cabo mediante la integración de distintos procesos biológicos como son: rutas de transducción de señales, movimientos de proteínas entre compartimentos celulares diferentes, alteraciones en la estructura de la cromatina, y síntesis y procesamiento de RNAs y proteínas. La regulación de la transcripción es uno de los puntos de control más importantes en la regulación de la expresión génica, que también incluye otros procesos, como regulación de la traducción y de las modificaciones post‐traduccionales que modulan la expresión de la información contenida en los genes. Además, la información codificada también está regulada por modificaciones covalentes que afectan al estado del DNA o modificaciones de la estructura de la cromatina (regulación epigenética).

En eucariotas, la regulación transcripcional está modulada por distintas proteínas y factores de transcripción. Todas ellas se pueden clasificar en tres grupos (Figura 1.10):

 Factores de Transcripción (TFs), activadores o represores, que reconocen secuencias específicas del DNA en las regiones promotoras de los genes que regulan, controlando la expresión génica a nivel espacio-temporal.

 Factores transcripcionales basales o generales (GTFs, General Transcription Factors), como es el caso de la RNA‐Polimerasa II, y una serie de factores iniciadores de la transcripción (TIFs: Transcription Initiation Factors).

 Factores coactivadores o correpresores, que son proteínas que sirven de puente entre los TFs y los GTFs, bien directamente, mediante interacciones físicas, o bien indirectamente, modificando la estructura de la cromatina facilitando la accesibilidad a la hebra de DNA.

Figura 1.10. Regulación transcripcional mediada por activadores, coactivadores y otras interacciones proteína-proteína. Los coactivadores (azul oscuro) son reclutados por proteínas activadoras (rosa) que actúan remodelando el estado de la cromatina (nucleosoma: verde) y/o reclutando la maquinaria transcripcional basal (amarillo) durante la iniciación de la transcripción por la RNA Polimerasa II (Pol II). Los coactivadores incluyen 1) proteínas que se asocian o forman parte de la maquinaria general de transcripción, p.e. factores asociados a TBP (TATA Binding Protein), como las TAFIIs y el complejo mediador asociado con la Pol II (IIB, IIE, IIF, IIH) y 2) factores remodeladores de cromatina que tienen un efecto en la unión

DNA-proteína (histona acetilasa SAGA, complejo remodelador SWI/SNF). Adaptación

(Martinez, 2002).

La RNA‐Polimerasa II requiere de la presencia de un promotor basal en la secuencia del DNA. El promotor basal mínimo de eucariotas contiene la caja TATA, que se suele localizar a unas 30 pares de bases aguas arriba del punto de inicio de la transcripción. A esta caja se une la denominada Proteína de unión a TATA (TBP, TATA Binding Protein), que a su vez es una subunidad del Factor de Transcripción II D (TFIID). Después de que TFIID se una a la caja TATA mediante TBP, otros cinco TFs se combinan junto a la RNA Polimerasa alrededor de la caja TATA dando lugar al llamado complejo de pre‐iniciación. La DNA‐helicasa, se encarga de separar las dos hebras de la cadena de DNA. El complejo de pre‐iniciación confiere sólo una tasa basal de transcripción. Por lo tanto, la participación de TFs adicionales (activadores o represores), junto con coactivadores y correpresores asociados, será la que module la velocidad de la transcripción.

Generalmente, los TFs tienen una estructura modular que incluye diferentes dominios:

 Dominio de unión a DNA; es el responsable de interaccionar con una secuencia específica presente en un promotor. Los residuos de aminoácidos que intervienen en el reconocimiento de una secuencia están muy conservados dentro de una misma familia de TFs, por lo que son utilizados como primer criterio de clasificación.

 Dominio de activación; es el que interacciona con la maquinaria general de la transcripción, bien directamente, o bien a través de coactivadores que actúan como intermediarios. Estos dominios no están muy conservados, aunque generalmente son ricos en aminoácidos ácidos (aspártico y glutámico), además de glutamina, prolina, serina o treonina.  Domino de localización nuclear (NLS, Nuclear Localization Signal); los

TFs, sintetizados en el citoplasma, contienen una secuencia NLS que se requiere para un transporte al núcleo, donde ejercen su acción biológica.  Dominio de oligomerización; permite la interacción con otras proteínas

reguladoras formando complejos que determinan la especificidad y afinidad de los TFs por el DNA.

La capacidad combinatoria de los TFs incrementa la flexibilidad sobre el control de la transcripción. Los TFs reconocen secuencias de DNA presentes en los promotores de los genes que regulan, a las que se unen específicamente; estas secuencias se conocen como Elementos de Regulación en cis (CREs, Cis Regulatory Elements). Los genes son regulados por un complejo de TFs debido a que en su secuencia promotora se encuentran sitios de reconocimiento para varios de ellos. A su vez, un mismo TF puede regular distintos genes; todos aquellos que tengan sitios de unión para él en sus promotores. Mediante este control combinatorio es posible obtener una gran cantidad de respuestas reguladoras a partir de un número limitado de TFs (Singh, 1998).

Los TFs se clasifican en distintas familias, atendiendo a la secuencia de sus dominios de unión a DNA. En la Tabla 1.1 están representadas las principales familias de TFs de plantas, con la estructura primaria de su dominio de unión a DNA y la secuencia consenso del CRE que reconocen.

Tabla 1.1. TFs de plantas. Adaptación (Riechmann y Ratcliffe, 2000; Shiu y col., 2005).

R=G/A; Y=C/T; W=T/A; S=G/C; M=A/C; K=G/T; H=C/T/A; V=G/C/A; N=A/C/G/T

FAMILIA DOMINIO DE UNIÓN A DNA SECUENCIA CONSENSO