Silenciador (genética)
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En genética, un silenciador es una secuencia de ADN capaz de unirse a factores de regulación de la transcripción, llamados represores. El ADN contiene genes y proporciona la plantilla para producir ARN mensajero (ARNm). Ese ARNm luego se traduce en proteínas. Cuando una proteína represora se une a la región silenciadora del ADN, se evita que la ARN polimerasa transcriba la secuencia de ADN en ARN. Con la transcripción bloqueada, la traducción del ARN en proteínas es imposible. Por tanto, los silenciadores evitan que los genes se expresen como proteínas.[1]
La ARN polimerasa, una enzima dependiente del ADN, transcribe las secuencias de ADN, llamadas nucleótidos, en la dirección 3' a 5', mientras que el ARN complementario se sintetiza en la dirección 5 'a 3'. El ARN es similar al ADN, excepto que el ARN contiene uracilo, en lugar de timina, que forma un par de bases con la adenina. Una región importante para la actividad de represión y expresión génica que se encuentra en el ARN es la región no traducida 3'. Esta es una región en el extremo 3 'del ARN que no se traducirá en proteína, pero incluye muchas regiones reguladoras.
Aún no se sabe mucho sobre los silenciadores, pero los científicos continúan estudiando con la esperanza de clasificar más tipos, ubicaciones en el genoma y enfermedades asociadas con los silenciadores.[1][2]
Ubicaciones dentro del genoma
Un silenciador es un elemento específico de secuencia que induce un efecto negativo en la transcripción de su gen particular. Hay muchas posiciones en las que se puede ubicar un elemento silenciador en el ADN. La posición más común se encuentra corriente arriba del gen objetivo, donde puede ayudar a reprimir la transcripción del gen.[3] Esta distancia puede variar mucho entre aproximadamente -20 pb y -2000 pb aguas arriba de un gen. Ciertos silenciadores pueden encontrarse aguas abajo de un promotor ubicado dentro del intrón o exón del propio gen. También se han encontrado silenciadores dentro de la región no traducida de 3 prima (3 'UTR) del ARNm.[4]
Tipos
Actualmente, existen dos tipos principales de silenciadores en el ADN, que son el elemento silenciador clásico y el elemento regulador negativo no clásico (NRE). En los silenciadores clásicos, el gen es reprimido activamente por el elemento silenciador, principalmente al interferir con el ensamblaje del factor de transcripción general (GTF).[4] Las NRE reprimen pasivamente el gen, generalmente inhibiendo otros elementos que están aguas arriba del gen. De los NRE, hay ciertos silenciadores que dependen de la orientación, lo que significa que el factor de unión se une en una dirección particular en relación con otras secuencias. Se entiende que los silenciadores dependientes del promotor son elementos silenciadores porque son dependientes de la posición y la orientación, pero también deben utilizar un factor específico del promotor. Ha habido un descubrimiento reciente de los elementos de respuesta del grupo Polycomb (PRE), que pueden permitir e inhibir la represión según la proteína unida a ella y la presencia de transcripción no codificante.[3]
Mecanismos
Para los silenciadores clásicos, la vía de señalización es relativamente simple. Dado que la represión es activa, los elementos silenciadores se dirigen al ensamblaje de GTF, necesarios para la transcripción del gen. Estos elementos silenciadores se encuentran en su mayoría aguas arriba del gen y pueden variar entre distancias cortas y largas. Para los silenciadores de largo alcance, se ha observado que el ADN formará un bucle para acercar el silenciador al promotor y extraer el ADN que interfiere.[3] Los silenciadores también se dirigen a los sitios de helicasa en el ADN que son ricos en adenina y timina (AT) y propensos a desenrollar el ADN, lo que deja espacio para iniciar la transcripción. La actividad helicasa inhibida conduce a la inhibición de la transcripción. Esto se ve comúnmente en el promotor del gen de tirotropina-β humana. Las NRE pueden inducir una curvatura en la región promotora para bloquear interacciones, como se ve cuando una NRE se une a Yin-Yang 1 (YY1),[4] y también a señales reguladoras de flanco o regiones promotoras. Cuando la región silenciadora se encuentra dentro de un intrón, puede haber dos tipos de represiones. Primero, puede haber un bloqueo físico de un sitio de empalme. En segundo lugar, puede haber un doblez en el ADN que inhiba el procesamiento del ARN.
Cuando se encuentra en el exón o en la región no traducida, el silenciador será principalmente clásico o dependiente de la posición. Sin embargo, estos silenciadores pueden realizar su actividad antes de la transcripción.[4] La mayoría de los silenciadores se expresan de forma constitutiva en organismos, y solo permiten la activación de un gen inhibiendo el silenciador o activando una región potenciadora. El mejor ejemplo de esto es el factor silenciador neuronal-restrictivo (NRSF) que es producido por el gen REST. El gen REST produce NRSF para reprimir la transcripción de genes neuronales que son esenciales para la localización del tejido neuronal. Cuando un silenciador reprime REST, NRSF también se inhibe, lo que permite la transcripción de genes neuronales.
Similitudes con potenciadores
Otro elemento regulador ubicado corriente arriba del gen es un potenciador. Los potenciadores funcionan como un interruptor de "encendido" en la expresión génica y activarán la región promotora de un gen en particular, mientras que los silenciadores actúan como el interruptor de "apagado". Aunque estos dos elementos reguladores trabajan uno contra el otro, ambos tipos de secuencia afectan la región promotora de formas muy similares.[3] Debido a que los silenciadores no se han identificado y analizado a fondo, la extensa investigación sobre los potenciadores ha ayudado a los biólogos a comprender la mecánica del silenciador. Los potenciadores se pueden encontrar en muchas de las mismas áreas en las que se encuentran los silenciadores, como corriente arriba del promotor por muchos pares de kilobase, o incluso corriente abajo dentro del intrón del gen. El bucle de ADN también es una función modelo utilizada por los potenciadores para acortar la proximidad del promotor al potenciador. Los potenciadores también funcionan con factores de transcripción para iniciar la expresión, al igual que los silenciadores pueden hacerlo con los represores.
En procariotas y eucariotas
Procariotas
Existen varias diferencias en la regulación del control metabólico en eucariotas y procariotas. Los procariotas varían la cantidad de enzimas específicas producidas en sus células para regular la expresión génica, que es un control metabólico lento, y también regulan las vías enzimáticas a través de mecanismos como la inhibición por retroalimentación y la regulación alostérica, que es un control metabólico rápido.[5] Los genes de los procariotas se agrupan basándose en funciones similares en unidades llamadas operones que consisten en un promotor y un operador. El operador es el sitio de unión para el represor y por lo tanto tiene una función equivalente a la región silenciadora en el ADN eucariota. Cuando una proteína represora se une al operador, la ARN polimerasa no puede unirse al promotor para iniciar la transcripción del operón.
Represión del operón lac
El operón lac en el procariota E. coli consiste en genes que producen enzimas para descomponer la lactosa. Su operón es un ejemplo de silenciador procariota. Los tres genes funcionales de este operón son lacZ, lacY y lacA.[5] El gen represor, lacI, producirá la proteína represora LacI que se encuentra bajo regulación alostérica. Estos genes se activan por la presencia de lactosa en la célula que actúa como molécula efectora que se une a LacI. Cuando el represor se une a la lactosa, no se unirá al operador, lo que permite que la ARN polimerasa se una al promotor para iniciar la transcripción del operón. Cuando el sitio alostérico del represor no está unido a lactosa, su sitio activo se unirá al operador para evitar que la ARN polimerasa transcriba los genes del operón lac.
Eucariotas
Los eucariotas tienen un genoma mucho más grande y, por lo tanto, tienen diferentes métodos de regulación génica que los procariotas. Todas las células de un organismo eucariota tienen el mismo ADN, pero se especifican mediante la expresión genética diferencial, un fenómeno conocido como totipotencia genética.[6] Sin embargo, para que una célula exprese los genes para su correcto funcionamiento, los genes deben estar estrechamente regulados para expresar las propiedades correctas. Los genes en eucariotas son controlados en el transcripcional, post-transcripcional, traduccional y postraduccionales niveles.[7] A nivel transcripcional, la expresión génica se regula alterando las tasas de transcripción. Los genes que codifican proteínas incluyen exones que codificarán los polipéptidos, intrones que se eliminan del ARNm antes de la traducción de proteínas, un sitio de inicio de la transcripción en el que se une la ARN polimerasa y un promotor.[8]
Represión de la caja TATA
Los genes eucariotas contienen un promotor corriente arriba y un promotor central también denominado promotor basal. Un promotor basal común es la secuencia TATAAAAAA conocida como caja TATA. La caja TATA es un complejo con varias proteínas diferentes, incluido el factor de transcripción II D (TFIID), que incluye la proteína de unión a TATA (TBP) que se une a la caja TATA junto con otras 13 proteínas que se unen a TBP. Las proteínas de unión a la caja TATA también incluyen el factor de transcripción II B (TFIIB) que se une a las polimerasas de ADN y ARN.[8]
Los silenciadores en eucariotas controlan la expresión génica en un nivel transcripcional en el que no se transcribe el ARNm. Estas secuencias de ADN pueden actuar como silenciadores o potenciadores basados en el factor de transcripción que se une a la secuencia y la unión de esta secuencia evitará que los promotores, como la caja TATA, se una a la ARN polimerasa.[6] Una proteína represora puede tener regiones que se unen a la secuencia de ADN, así como regiones que se unen a los factores de transcripción ensamblados en el promotor del gen, lo que crearía un mecanismo de bucle cromosómico.[8] El bucle acerca los silenciadores a los promotores para garantizar que los grupos de proteínas necesarios para la expresión génica óptima trabajen juntos.
