Definición de los factores de transcripción en biología
Los factores de transcripción son proteínas especializadas que desempeñan papeles clave en la regulación de la expresión génica.
La función de los factores de transcripción es activar y desactivar genes para controlar qué proteínas se producen. Hay muchas clases de factores de transcripción, como activadores, represores, potenciadores, silenciadores y factores de transcripción basales.1 Cada proceso corporal crucial está dirigido por un conjunto de factores de transcripción responsables de regular la producción de determinadas citoquinas, enzimas y proteínas.1
Factores de transcripción generales
El cuerpo humano dispone de una amplia gama de factores de transcripción que funcionan para activar o desactivar genes específicos. Los factores de transcripción se activan mediante mecanismos de transducción de señales dentro de tus células. En otras palabras, después de que una célula procese una determinada señal, normalmente al final de una cascada de señalización, pueden activarse factores de transcripción específicos para alterar la expresión génica en respuesta a esa señal.
Hay muchos procesos diferentes que estimulan la activación de los factores de transcripción. Por ejemplo, los factores de transcripción se activan cuando estás enfermo, cuando duermes e incluso cuando sudas.
Hay una clase importante de factores de transcripción que desempeña funciones cruciales en la regulación y el inicio de la transcripción de genes. Estos factores de transcripción generales también se conocen como factores de transcripción basales.1
Los factores de transcripción que están ampliamente presentes se denominan factores de transcripción ubicuos.
Factores de transcripción basales
La transcripción de los genes eucarióticos es un proceso complejo regulado por promotores y polimerasas específicos que deben reunirse en un momento y lugar determinados. Para hacer más compleja la regulación génica, los factores de transcripción basales, los potenciadores y los silenciadores también desempeñan funciones en la regulación de la frecuencia de la transcripción.1
Potenciadores: Factores de transcripción especializados que aumentan la tasa de transcripción.
Los potenciadores y los silenciadores afectan a la velocidad/eficacia de la transcripción y no son necesarios para que ésta se produzca. 1 Los factores de transcripción basales, por otra parte, son vitales para la formación del complejo de preiniciación que recluta a la ARN polimerasa II a la cadena molde de ADN.
Latranscripción es el primer paso de la expresión génica, en el que el ADN se convierte en ARN. La transcripción consta de tres pasos: iniciación, elongación y terminación. La iniciación de la transcripción es un proceso altamente regulado que implica la activación de muchos factores de transcripción basales. Estos factores de transcripción basales son necesarios para que se produzca la transcripción. Exploraremos este concepto a lo largo del artículo.
Los nombres de los factores de transcripción basales suelen empezar por TFII (factor de transcripción para la ARN polimerasa II) y se clasifican mediante las letras A-J. 1 A medida que más proteínas y factores de transcripción migran hacia el promotor, cada factor de transcripción basal se coloca en su lugar en la plantilla de ADN para construir el complejo de preiniciación.
Cuando una célula eucariota quiere transcribir un gen, deben completarse muchos procesos antes de iniciar la transcripción. En primer lugar, los factores de transcripción deben reconocer la región promotora de la plantilla de ADN y unirse a ella, antes de reclutar a la ARN polimerasa II.
Una región promotora popular utilizada por la mayoría de tus células es la caja TATA. 1 La caja TATA sirve como punto de inicio de la transcripción.1 El factor de transcripción basal TFIID reconoce la región de la caja TATA porque TFIID tiene unida la proteína de unión a la caja TATA.1 Una vez que TFIID se une a la caja TATA, TFIIB viaja hasta la caja TATA y se une a TFIID. La unión de TFIIB atrae a la ARN polimerasa II y a TFIIF para que se unan al complejo promotor de la caja TATA.1 Finalmente, TFIIE y TFIIH se unen también a la caja TATA completando el complejo de iniciación de la transcripción.1 Una vez completado el complejo, se produce la transcripción.
Los factores de transcripción que están ampliamente presentes se denominan factores de transcripción ubicuos.
Factor de transcripción positivo
Como hemos comentado anteriormente, la velocidad de transcripción de la ARN polimerasa II es lenta, por lo que tus células utilizan factores de transcripción adicionales conocidos como activadores y represores. Los activadores y los represores son los cofactores que se unen a las regiones potenciadoras y silenciadoras del ADN celular para interactuar con la maquinaria de transcripción e influir en la velocidad de transcripción.2 Los activadores actúan como factores de transcripción positivos. Cuando un activador se une a un segmento de ADN de un determinado gen, aumenta la tasa de transcripción.
Un ejemplo de activador es la proteína CAP. Cuando el AMP cíclico está presente, CAP se une a su promotor y aumenta la actividad de transcripción de la ARN polimerasa II. 5 Sin embargo, cuando el AMP cíclico está ausente, CAP no se une al promotor, lo que hace que la transcripción se produzca a un ritmo más lento.5 Véase la Figura 2 para una ilustración de este fenómeno.
Factores de transcripción negativos
Al igual que los activadores, los represores también influyen en la velocidad de transcripción. Sin embargo, los represores funcionan para ralentizar la tasa de transcripción y se caracterizan como factores de transcripción negativos. 1 Los represores se activan cuando una célula ya tiene suficientes proteínas codificadas por el gen que se está transcribiendo.
Por ejemplo, cuando la proteína del factor de choque térmico no está presente en una célula, el represor asociado no se une al operador, lo que permite que la maquinaria de transcripción permanezca activa y transcriba el gen necesario para la proteína del factor de choque térmico. Sin embargo, cuando la célula ha producido suficiente proteína del factor de choque térmico, el represor asociado se dispara por los abundantes niveles de factor de choque térmico en la célula. Una vez activado, el represor se une al operador y detiene la transcripción del gen del factor de choque térmico.
Ejemplos de factores de transcripción
Otros factores de transcripción importantes son los potenciadores y los silenciadores. Los potenciadores y silenciadores son importantes cuando algunos genes deben expresarse o desactivarse en más de un órgano o tipo de célula.2
Por ejemplo, supongamos que estás luchando contra un virus y los genes asociados a la apoptosis deben activarse en las células infectadas, pero no en tus células sanas. Esta tarea requerirá el uso de potenciadores y represores. Cada potenciador o silenciador puede activar o reprimir un gen que sólo se encuentra en determinadas células u órganos.2
Los potenciadores sirven como lugares de unión lejanos para los activadores, mientras que los silenciadores sirven como lugares de unión lejanos para los represores. Tanto los potenciadores como los silenciadores tienen la capacidad de aumentar o disminuir en gran medida la transcripción de los genes que se encuentran en sus proximidades. 2 Los potenciadores y los represores pueden unirse a miles de pares de bases de distancia del promotor, pero aun así afectar a la tasa de transcripción. ¿Cómo es posible? La respuesta breve es el ADN.
Tu ADN es una estructura tridimensional capaz de plegarse muchas veces.2 Un potenciador o promotor determinado puede estar extremadamente lejos del promotor de efecto; sin embargo, si una célula necesita potenciar o silenciar la transcripción de un gen determinado, tu ADN se plegará para acercar el potenciador o silenciador al promotor diana para ejercer sus efectos.3 Entonces, ¿cómo funcionan realmente los potenciadores? Analicémoslo con más detalle a continuación.
La apoptosis es el proceso de muerte celular programada. Durante la apoptosis, la célula se autodestruye esencialmente en respuesta a una infección intracelular, a la vejez o a un daño irreparable del ADN. La apoptosis está mediada por una serie de proteínas intracelulares como la P53 y las caspasas. Cuando la célula sufre un estrés irreversible, estas proteínas se activan haciendo que la célula se autodestruya y muera. La apoptosis es necesaria para evitar la propagación de patógenos intracelulares y para reducir la inflamación.
En la sección dedicada a los factores de transcripción basales, hemos hablado del proceso por el que tiene lugar la iniciación de la transcripción. Cuando todos los factores basales se unen para crear el complejo de iniciación, una proteína conocida como factor de transcripción especializado se une a una región potenciadora situada aguas arriba del promotor de la caja TATA.3 El factor de transcripción especializado (sTF) es especial porque puede unirse a cofactores. 3 Los cofactores pueden ser correpresores o coactivadores.3 Si el cofactor unido es un activador, la cadena de ADN sufrirá un plegamiento para permitir que el complejo activador potenciador interactúe con la maquinaria de transcripción y regule así la tasa de transcripción.3
Diferente estado de la cromatina de potenciadores y silenciadores
Como se ha explicado en el artículo sobre la regulación de la expresión génica, el ADN de nuestras células está organizado en estructuras de cromatina estrechamente entretejidas. Esta disposición hace que el ADN sea inaccesible para la transcripción. Como los potenciadores y los silenciadores son regiones de ADN, tienen que ser accesibles para que los factores de transcripción especializados (sTF) y los cofactores se unan a él. Un potenciador o silenciador determinado puede tener tres estados diferentes según su nivel de accesibilidad dentro de la cromatina.3
Potenciador/silenciador activo
El potenciador es totalmente accesible y los factores de transcripción reguladores se unen a él.3
Potenciador/silenciador activado
El potenciador es totalmente accesible, pero los factores de transcripción reguladores NO están unidos a él. 3
Potenciador/silenciador cerrado
El potenciador no es accesible y está fuertemente enrollado dentro de la cromatina. 3
Factores de transcripción - Puntos clave
- Los factores de transcripción son proteínas especializadas que desempeñan papeles clave en la regulación de la expresión génica.
- La función de los factores de transcripción es activar y desactivar genes para controlar qué proteínas se producen.
- Hay muchas clases de factores de transcripción: activadores, represores, potenciadores, silenciadores y factores de transcripción basales.
- Cada proceso corporal crucial está dirigido por un conjunto de factores de transcripción responsables de regular la producción de determinadas citoquinas, enzimas y proteínas.
Referencias
- Eggebrecht, J (2018) Biología para cursos AP. Rice University.
- Kolovos, P., Knoch, T.A., Grosveld, F.G. et al. Potenciadores y silenciadores: un modelo integrado y sencillo de su función. Epigenética y Cromatina 5, 1 (2012). https://doi.org/10.1186/1756-8935-5-1
- Biología animada Con Arpan (2018) Regulación transcripcional: Potenciadores
- Bhatt, D., y Ghosh, S. (2014). Regulación de la transcripción de genes inflamatorios mediada por NF-κB. Fronteras de la inmunología, 5, 71. https://doi.org/10.3389/fimmu.2014.00071
- Textos de Biología Libre (2021)Proteína activadora de catabolitos (PAC): un regulador activador
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