10.2: La regulación de la expresión ocurre en múltiples pasos

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

La transcripción da como resultado la generación de un precursor (pre-ARNm) que consta de exones e intrones, que necesita un procesamiento adicional antes de traducirse a una proteína. Esto sucede mediante el empalme del ARNm, que implica la eliminación de regiones no codificantes y la fusión de las codificantes. El procesamiento de ARNm también se puede utilizar como mecanismo regulador mediante 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 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 mediante la variación en la señal de poliadenilación, que determina dónde se agregará la cola poli-A al ARNm. En algunos casos, hay más de una señal poli-A presente en el extremo 3', lo que cambiará la longitud de la región no traducida 3', pero el producto proteico final 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 poli-A adicional está presente en el intrón o exón dentro de la secuencia del gen, lo 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. ' cap, que se compone de guanosina metilada, está regulada por dos mecanismos. Uno implica la regulación de las metiltransferasas que añaden el grupo metilo a la guanosina, y el otro es mediante la regulación de las vías de señalización celular que conducen a la metilación.

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

La expresión génica también se puede regular mediante 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 se lleva a cabo mediante enzimas conocidas como quinasas. La desfosforilación de proteínas, por otro lado, la llevan a cabo proteínas conocidas como fosfatasas. La fosforilación de una proteína puede provocar su activación o desactivación y alterar su función.

Las células pueden regular con precisión la expresión génica en cada paso, desde el ADN hasta la proteína. Esta regulación se produce durante la transcripción; durante el procesamiento, localización y degradación del ARN; y durante y después de la traducción.

La regulación transcripcional está mediada por proteínas que se unen a secuencias reguladoras en el ADN. Estos factores de transcripción son una de las formas más comunes de controlar la expresión génica y pueden iniciar la transcripción o prevenirla.

La transcripción genera pre ARNm que debe ser procesado para madurar el ARNm a través de varios procesos regulados.

empalme de ARNm, que elimina las regiones no codificantes en el ARNm precursor y se une a las codificantes, controla la expresión génica a través de patrones de empalme diferenciales y proteínas de unión al ARN. También se controla la adición de una cola de poli-A y una tapa de 5' para producir el ARNm maduro.

A continuación, el ARNm debe asociarse con proteínas de unión al ARN para formar un complejo conocido como ribonucleoparticle. Este proceso está altamente regulado, y solo un ARNm que existe en una ribonucleoppartícula puede ser transportado desde el núcleo hasta el citoplasma para ser traducido.

El control traslacional es otro punto crucial para la regulación de la expresión génica. La regulación puede ser específica, cuando están implicados un individuo o un subconjunto de ARNm, o general, cuando se ven afectados la mayoría de los transcritos de ARNm.

En la regulación específica, la inhibición de la traducción se controla a través de interacciones con elementos que actúan trans, como proteínas y ciertos tipos de ARN, incluidos los microARN y los ARN interferentes cortos.

En la regulación general, las diversas proteínas involucradas en la maquinaria de traducción se activan o inhiben, lo que afecta a todas las transcripciones.

Finalmente, las modificaciones postraduccionales, como la fosforilación, pueden activar o desactivar proteínas, mientras que otras, como la ubiquitinación, pueden conducir a su degradación.