¿Cómo los factores de transcripción controlan la transcripción en eucariotas?

Los eucariotas han desarrollado una forma más compleja de controlar la expresión de sus genes existentes que los procariotas. Este sistema de control de la expresión se basa en un grupo de proteínas conocidas como factores de transcripción (TF), y permite a los eucariotas alterar sus tipos de células y patrones de crecimiento de varias maneras. Los TF no son los únicos responsables de la regulación génica; los eucariotas también se basan en la señalización celular, el empalme de ARN, los mecanismos de control de ARNip y las modificaciones de cromatina. Sin embargo, los TF que se unen a las secuencias de ADN del regulador cis son responsables de influir positiva o negativamente en la transcripción de genes específicos, determinando esencialmente si un gen en particular se activará o desactivará en un organismo.
Gran parte de la complejidad en la diferenciación en células animales y vegetales se puede atribuir a la evolución de sistemas elaborados formados por secuencias o motivos de ADN reguladores cis cortos (de 6 a 8 pares de bases), así como los TF que se unen a los motivos, interactúan entre sí para formar complejos y reclutan ARN polimerasa II. La mayoría de los genes eucariotas tienen promotores que consisten en la caja TATA ( una caja TATA es una secuencia de ADN que indica el punto en el que se puede leer y decodificar una secuencia genética ) cerca del extremo 5 ‘del gen y, más adelante, varios motivos reconocido por factores de transcripción específicos. Además, muchos genes tienen una o más secuencias cercanas llamadas potenciadores. Los potenciadores afectan la transcripción; Estas secuencias ocurren aguas arriba, aguas abajo o dentro de los intrones, y continúan funcionando ya sea en la orientación normal o hacia atrás en el genoma. En levadura, no se conocen potenciadores; en cambio, solo hay secuencias activadoras aguas arriba (UAS). Los potenciadores se pueden encontrar a miles de pares de bases de un promotor, mientras que los UAS están generalmente dentro de unos cientos de pares de bases aguas arriba. Los promotores típicos de ARN polimerasa II pueden estar influenciados por muchos potenciadores y por múltiples factores unidos a las secuencias del promotor y potenciador.
El modo de acción de los TF es reconocer y unirse a un segmento de ADN en la región promotora y / o potenciadora. A menudo, un cambio en la conformación, o estructura tridimensional de un TF, acompañará la unión del ADN. Por ejemplo, los dos bucles en NFATC1 que interactúan con el ADN se encuentran en conformaciones diferentes, dependiendo de si NFATC1 está complejado con ADN o no. Además, la estructura de diferentes familias de TF, descrita más adelante en este artículo, da como resultado áreas específicas en estos complejos de proteínas que interactúan con el motivo de reconocimiento de ADN. El motivo de reconocimiento suele ser de aproximadamente 6 a 10 pares de bases de largo.
Los experimentos han demostrado que los TF pueden unirse fuertemente, tanto dentro de las células como in vitro . Después de que los TF se unen a las regiones promotoras o potenciadoras del ADN, interactúan con otros TF unidos y reclutan la ARN polimerasa II. Sin embargo, su influencia puede ser positiva o negativa, dependiendo de la presencia de otros dominios funcionales en la proteína y el impacto general de todo el complejo TF. Un TF típico tiene múltiples dominios funcionales, no solo para reconocer y unirse a la cadena de ADN apropiada, sino también para interacciones con otros TF, con proteínas llamadas coactivadores, con ARN polimerasa II, con complejos de remodelación de cromatina y con pequeños ARN no codificantes.
Los TF controlan muchas partes importantes del desarrollo; por lo tanto, los organismos con una deleción de un gen TF exhiben profundas irregularidades en la organización y el desarrollo. Por ejemplo, en Drosophila , la eliminación del gen de antena de TF resulta en el desarrollo del disco imaginal antenal en las patas en lugar de las antenas.

Las células de los organismos superiores exhiben una increíble cantidad de respuestas genéticas a su entorno. Esto es en gran parte el resultado de los TF que rigen la forma en que se transcriben los genes y se recluta la ARN polimerasa II. A través de estos mecanismos, los TF controlan aspectos importantes del desarrollo de organismos. Además, al trabajar en combinación con la cromatina, las señales TF pueden ejercer un nivel más fino de control sobre el ADN al permitir gradaciones de expresión. Las familias de TF aumentan aún más el nivel de complejidad genética en eucariotas, y muchas TF dentro de la misma familia a menudo trabajan juntas para afectar la transcripción de un solo gen. Dada la función de los TF, junto con otros mecanismos de regulación de genes eucariotas, no es sorprendente que los organismos complejos sean capaces de hacer tanto con tan pocos genes. Son estos procesos, más que el número de genes, los que separan a los organismos complejos y simples entre sí desde un punto de vista genético.