El proceso sobre el que se pregunta esta pregunta es la regulación de la expresión génica, que es tan esencial que estoy dispuesto a decir que la identidad de una célula es el conjunto de genes que expresa. El número de vías distintas que determinan directa e indirectamente los genes que se expresan en una célula es alucinante, por lo que solo voy a cubrir algunos ejemplos ilustrativos para darle una idea de lo que están haciendo las células para mantener sus identidades.
La transcripción requiere la asociación de un complejo de ARN polimerasa (el complejo enzimático que transcribe el ARN del ADN) con una secuencia promotora central aguas arriba de un gen. En el centro de esta secuencia está la caja TATA, que es una secuencia excepcionalmente conservada que siempre está muy cerca del sitio de inicio de la transcripción de cualquier gen dado. Esta secuencia es reconocida por la proteína de unión a la caja TATA, que recluta una serie de factores de transcripción “generales” necesarios para el ensamblaje de RNAP y el inicio de la transcripción. Una vez que RNAP se basa en un promotor central, está esencialmente listo para transcribir el gen asociado.
Un método de regulación específica de genes involucra factores de transcripción que se unen a secuencias fuera de la caja TATA e influyen en el ensamblaje del complejo de preiniciación RNAP. Estas proteínas generalmente contienen un dominio que se une al ADN de una manera específica de secuencia fusionada a un dominio que de alguna manera modula el ensamblaje de RNAP. El ejemplo más estudiado de este tipo de proteína es el factor de transcripción de levadura GAL4 , que se requiere para regular específicamente los genes involucrados en el metabolismo de la galactosa.
Al usar proteínas específicas de secuencia para mejorar o interferir con la transcripción de genes específicos, la célula obtiene dos métodos para regular genes específicos en tejidos específicos: cualquier factor de transcripción específico dado solo regulará una cohorte específica de genes (permitiendo muchos, muchos diferentes grupos de genes que deben regularse de diferentes maneras), y debido a que los factores de transcripción también son proteínas que surgen de la transcripción de genes, también están sujetos a la regulación transcripcional específica de genes.
Esto casi parece un problema circular (los genes están regulados por genes que están regulados), por lo que hay otra amplia clase de estrategias reguladoras que no son tan recursivas: alterar la accesibilidad del ADN a la maquinaria transcripcional y reguladora de la transcripción. El ADN desnudo es un fenómeno extremadamente raro en las células; en cambio, la gran mayoría del ADN está empaquetado en nucleosomas, que a su vez están compuestos por proteínas histonas. Voy a entrar en muchos detalles sobre eso aquí (¿Cómo controlan las histonas la expresión génica?), Pero resumiré rápidamente.
Los nucleosomas son complejos de proteínas grandes y voluminosos que generalmente evitan que la ARN polimerasa se asocie incluso con el ADN. Sin embargo, algunos nucleosomas pueden moverse alrededor del ADN (mediante un proceso llamado remodelación de la cromatina), que permite la generación de regiones libres de nucleosomas con las que RNAP se asocia. La movilidad de un nucleosoma puede verse dramáticamente influenciada por modificaciones químicas covalentes de proteínas de histonas individuales; La adición de grupos acetilo cargados negativamente hace que los nucleosomas sean más fáciles de mover, mientras que la adición de grupos metilo los hace mucho más difíciles de mover.
Las células pueden ejercer un control específico sobre qué histonas se modifican de qué maneras, y estas modificaciones pueden controlarse hasta la resolución de grupos de nucleosomas; por lo tanto, los promotores individuales pueden tener diferentes estados de modificación y, por lo tanto, regularse de manera diferente. Algunas modificaciones de histonas son mucho más estables en el tiempo que otras, y en realidad pueden heredarse a través de la mitosis. Cuando el ADN se replica, cada molécula obtiene aproximadamente la mitad de los nucleosomas “viejos”, y la otra mitad se reemplaza por nuevos nucleosomas. Las modificaciones de histonas asociadas con los nucleosomas “antiguos” pueden leerse mediante proteínas específicas y usarse como un marcador para agregar esas modificaciones a los nuevos nucleosomas, asegurando que ambas cadenas tengan un estado de modificación similar.
El estado de regulación génica se transmite a través de la mitosis, y una cantidad sorprendentemente grande de este estado se establece muy temprano en la embriogénesis: en algunas especies, las dos células que surgen de la primera división después de la fertilización ya son fundamentalmente diferentes entre sí, y pasarán su declara a toda su progenie. Escribiré una respuesta mucho más detallada sobre esto algún día, ¡lo prometo!
