Control de la expresión génica

Células madre

Las células madre se definen como células no especializadas que se dividen indefinidamente por mitosis y se diferencian en muchos tipos celulares. Existen tres clases:

• Células madre totipotentes

• Células madre pluripotentes

• Células madre multipotentes

Las células madre totipotentes están presentes durante la fase de cigoto y tienen la capacidad de diferenciarse en todos los tipos celulares, incluidas las células extraembrionarias (como la placenta). A medida que se desciende en la lista anterior, el rango de diferenciación disminuye. Cuando estas células se especializan, ya no pueden convertirse en ningún otro tipo de célula.

Control de la Expresión Génica

La regulación de la expresión génica comienza antes de la transcripción, la primera etapa de la síntesis de proteínas. Unas proteínas reguladoras llamadas factores de transcripción dictan qué genes se expresan (se "encienden") y qué genes no se expresan (se "apagan"). El diagrama siguiente ilustra la unión de un factor de transcripción al ADN. Este proceso está estrechamente controlado para que se produzcan moléculas específicas deARN mensajero (ARNm ) y, por tanto, sólo se produzcan proteínas específicas.

Fig. 1 - La unión de un factor de transcripción al ADN

Otro tipo de regulación de la expresión génica que se produce a nivel transcripcional incluye la alteración del complejo ADN-histona. Este tipo es especialmente fascinante porque la secuencia de bases del ADN no se modifica y, sin embargo, sigue teniendo la capacidad de dirigir qué genes se expresan. Esto se denomina epigenética.

Epigenética

La epigenética es el estudio de las modificaciones del ADN y las histonas para controlar la expresión de los genes. Estas modificaciones son hereditarias y no están causadas por ningún cambio en la secuencia de bases del ADN. Las modificaciones incluyen la metilación del ADN y la acetilación de las histonas, ilustradas en el diagrama siguiente. Esto tiene el efecto de condensar o aflojar el complejo ADN-histona. El patrón de modificaciones se denomina epigenoma.

Fig. 2 - Metilación del ADN y acetilación de histonas

La expresión génica está estrechamente regulada, y por una buena razón. Si se expresan o silencian los genes equivocados, pueden surgir enfermedades genéticas. El cáncer es una enfermedad que se caracteriza por la proliferación incontrolable de células, y en algunos casos, la causa tiene un origen epigenético.

Control traslacional de la expresión génica

Antes de que se produzca la traducción, pueden producirse cambios adicionales en la molécula de ARNm. Esto puede incluir el empalme del ARNm, que es la eliminación de los intrones (ADN no codificante) de la molécula.

Incluso después de la traducción, el polipéptido puede modificarse aún más, como la adición de grupos químicos. Un gran ejemplo de ello es la adición de un grupo fosfato a un polipéptido, catalizada por las proteínas quinasas. Esta adición puede alterar el plegamiento de una proteína y, por tanto, modificar su función.

Proyectos y tecnología del genoma

La secuenciación de un genoma traza el mapa del conjunto completo de información genética que contiene un organismo. Por ejemplo, el Proyecto Genoma Humano (1990-2003) fue un esfuerzo de colaboración para determinar todos los genes de nuestras células. Pero no fue una empresa fácil. El proyecto utilizó tecnologías como la secuenciación de escopeta de genoma completo (WGS), y de ahí surgieron otros avances. Entre ellos, la hibridación del ADN, que se utiliza para localizar alelos específicos de un gen y la huella genética. Estos avances tecnológicos tienen amplias aplicaciones en el tratamiento de enfermedades y en la ciencia forense.