10.2: La regulación de la expresión se produce en varios pasos

La expresión génica se puede regular en casi todos los pasos, desde el gen hasta la proteína. La transcripción es el paso más comúnmente regulado. Esto implica la unión de proteínas a secuencias reguladoras cortas en el ADN. Esta asociación puede promover o inhibir la transcripción de un gen asociado con la secuencia respectiva.

La transcripción da lugar a la generación de un precursor (pre-ARNm) que consta de exones e intrones, que necesita un procesamiento adicional antes de ser traducido a una proteína. Esto sucede a través del empalme de ARNm, que implica la eliminación de regiones no codificantes y la fusión de las codificantes. El procesamiento del ARNm también se puede utilizar como mecanismo regulador a través de la variación en los patrones de empalme, como la omisión de ciertos exones, el empalme alternativo y la inclusión de intrones.

La adición de una cola de poli-A en el extremo 3′ y una tapa 5′ para producir el ARNm maduro también son puntos reguladores durante el procesamiento del ARN. La regulación se produce a través de la variación en la señal de poliadenilación, que determina dónde se agregará la cola de poli-A al ARNm. En algunos casos, hay más de una señal de poli-A en el extremo 3′, lo que cambiará la longitud de la región no traducida de 3′, pero el producto final de la proteína será el mismo. Sin embargo, la estabilidad y el potencial de traducción de las variantes de ARNm pueden diferir, lo que puede alterar la cantidad de proteína producida. En otros casos, una señal adicional de poli-A está presente en el intrón o exón dentro de la secuencia génica que puede conducir a una variación en los sitios de empalme para la poliadenilación y dar lugar a diferentes proteínas de la misma cadena de pre-ARNm. La adición de la tapa 5′, que se compone de guanosina metilada, está regulada por dos mecanismos. Uno implica la regulación de las metiltransferasas que agregan el grupo metilo a la guanosina, y la otra es a través de la regulación de las vías de señalización celular que conducen a la metilación.

A continuación, el ARNm maduro debe transportarse desde el núcleo hasta el citoplasma a través de complejos de poros nucleares (NPC) para ser traducido. Esto es regulado por el ARNm para formar un complejo, conocido como ribonucleoppartícula, con proteínas de unión al ARN. Las NPC solo permiten que los ARNm que están en el complejo pasen al citoplasma. Una vez que un ARNm ingresa al citoplasma para su traducción, puede ser dirigido individualmente o como parte de un grupo a través de regulaciones específicas, o puede someterse a una regulación común con todos los demás ARNm en el citoplasma. En la regulación específica, determinados elementos que actúan mediante transacciones, como las proteínas y los diferentes tipos de ARN, regulan la transcripción. En la regulación general, las proteínas involucradas en la maquinaria de traducción se activan o inhiben, lo que a su vez afecta la traducción de todas las transcripciones. El mecanismo regulador de la traducción más común es la modificación del factor de iniciación de la traducción.

La expresión génica también puede regularse a través de modificaciones postraduccionales, donde una modificación reversible catalizada por una enzima puede alterar la función de una proteína. Una modificación postraduccional común es la fosforilación, que es llevada a cabo por enzimas conocidas como quinasas. La desfosforilación de las proteínas, por otro lado, es llevada a cabo por proteínas conocidas como fosfatasas. La fosforilación de una proteína puede dar lugar a su activación o desactivación y alterar su función.