Expresión genética específica de células

Los organismos multicelulares contienen una variedad de tipos de células estructural y funcionalmente distintos, pero el ADN de todas las células se originó a partir de las mismas células madre. Las diferencias en las células pueden atribuirse a la expresión genética diferencial. Las células del hígado, cuyas funciones incluyen la desintoxicación de la sangre, la producción de bilis para metabolizar las grasas y la síntesis de proteínas esenciales para el metabolismo, deben expresar un conjunto específico de genes para realizar sus funciones. La expresión genética también varía según las etapas de desarrollo. Antes de diferenciarse en células hepáticas, las células expresan genes implicados en el ciclo celular, la replicación del ADN y la proliferación. Más adelante en el desarrollo, los genes implicados en la diferenciación epitelial y la coagulación sanguínea se expresan intensamente. Una vez que las células se diferencian en hepatocitos, aumenta la expresión de genes implicados en funciones específicas del hígado, como los implicados en el metabolismo de los lípidos y la regulación del colesterol.

La expresión genética se puede regular en muchos puntos, incluida la transcripción, la traducción, el procesamiento y transporte del ARN y las modificaciones postraduccionales. Los métodos comunes para regular la expresión son factores que se unen directamente al ADN para regular la transcripción de un gen en particular. La expresión génica en el hígado puede estar regulada por los factores de transcripción C/EBPα, C/EBPβ y el factor nuclear de hepatocitos-1, entre otros. La regulación puede ocurrir antes de la transcripción alterando las histonas contenidas en la cromatina. Estas modificaciones dan como resultado un aflojamiento o un endurecimiento de la estructura del ADN, impidiendo o permitiendo respectivamente que los reguladores transcripcionales accedan al ADN. Los diferentes tipos de células tienen diferentes modificaciones covalentes y variantes de histonas, lo que da como resultado una variación en la accesibilidad de los genes.

Las células están sujetas a cambios ambientales y expresan diferentes genes en respuesta a estos estímulos extracelulares. La glucosa es una fuente importante de energía y, a medida que su concentración en el torrente sanguíneo fluctúa, un organismo debe responder con cambios apropiados en la expresión de genes y proteínas. Cuando los niveles de glucosa en sangre disminuyen, el páncreas secreta la hormona glucagón. Esta hormona le indica al hígado que inicie la producción de fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK), una proteína necesaria para producir glucosa a partir de precursores distintos de los carbohidratos. El glucagón induce la transcripción de este gen estimulando indirectamente los factores de transcripción C/EBPα y C/EBPβ para que se unan al promotor PEPCK. Cuando los niveles de glucosa en sangre son altos, el páncreas secreta la hormona insulina; el gen PEPCK tiene una secuencia sensible a la insulina que inhibe su transcripción.