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Elemento transregulador

Los elementos transreguladores (TRE) son secuencias de ADN que codifican reguladores ascendentes (es decir, factores trans-actuantes ), que pueden modificar o regular la expresión de genes distantes. [1] Los factores trans-actuantes interactúan con elementos cis-reguladores para regular la expresión génica. [2] Los TRE median los perfiles de expresión de una gran cantidad de genes a través de factores trans-actuantes. [3] Si bien las mutaciones de TRE afectan la expresión génica, también es uno de los principales factores impulsores de la divergencia evolutiva en la expresión génica. [3]

Elementos trans vs cis

Los elementos transreguladores funcionan a través de una interacción intermolecular entre dos moléculas diferentes y, por lo tanto, se dice que " actúan en trans ". Por ejemplo, (1) una proteína de factor de transcripción transcrita y traducida derivada del elemento transregulador; y (2) un elemento regulador de ADN que está adyacente al gen regulado. Esto contrasta con los elementos cisreguladores que funcionan a través de una interacción intramolecular entre diferentes partes de la misma molécula: (1) un gen; y (2) un elemento regulador adyacente para ese gen en la misma molécula de ADN. Además, cada elemento transregulador afecta a una gran cantidad de genes en ambos alelos, [2] mientras que el elemento cisregulador es específico del alelo [1] [2] y solo controla los genes cercanos.

Las secuencias exónicas y promotoras de los genes están significativamente más conservadas que los genes en elementos reguladores cis y trans. [3] Por lo tanto, tienen mayor resistencia a la divergencia genética, pero conservan su susceptibilidad a las mutaciones en los reguladores ascendentes. [3] Esto acentúa la importancia de la divergencia genética dentro de las especies debido a las variantes reguladoras cis y trans.

Los elementos trans y cis-reguladores coevolucionaron rápidamente a gran escala para mantener la expresión génica. [2] [3] [4] A menudo actúan en direcciones opuestas, uno regula al alza mientras que otro regula a la baja, para compensar sus efectos sobre las secuencias exónicas y promotoras sobre las que actúan. [2] [3] Otros modelos evolutivos, como la evolución independiente de elementos trans o cis-reguladores, se consideraron incompatibles en los sistemas reguladores. [3] [5] Se sugirió que la coevolución de los dos elementos reguladores surgió del mismo linaje. [3] [4]

El TRE es más una restricción evolutiva que un elemento regulador cis, lo que sugiere la hipótesis de que las mutaciones del TRE se corrigen mediante mutaciones del CRE [3] para mantener la estabilidad en la expresión génica. Esto tiene sentido biológico, debido al efecto del TRE en una amplia gama de genes y al efecto compensatorio del CRE en genes específicos. [1] [2] Después de una mutación del TRE, la acumulación de mutaciones del CRE actúa para ajustar el efecto mutativo. [3]

Ejemplos

Factores que actúan en trans en el splicing alternativo en el ARNm. El splicing alternativo es un mecanismo clave que está involucrado en la regulación de la expresión génica. En el splicing alternativo, los factores que actúan en trans como la proteína SR, hnRNP y snRNP controlan este mecanismo al actuar en trans. La proteína SR promueve el ensamblaje del espliceosoma al interactuar con snRNP (p. ej., U1, U2) y factores de splicing (p. ej., U2AF65), y también puede antagonizar la actividad de hnRNP que inhibe el splicing.

Los factores transactuantes se pueden clasificar por sus interacciones con los genes regulados, los elementos cisactuantes de los genes o los productos genéticos.

Unión del ADN

Los factores transactivos que se unen al ADN regulan la expresión génica al interferir con el gen mismo o con los elementos cisactivos del gen, lo que provoca cambios en las actividades de transcripción. Esto puede ser la iniciación directa de la transcripción [6] , la promoción o la represión de las actividades de transcripción de las proteínas. [7]

Algunos ejemplos específicos incluyen:

Edición de ADN

Las proteínas de edición de ADN editan y cambian permanentemente la secuencia genética y, posteriormente, la expresión genética de la célula. [8] [9] Todas las progenies de la célula heredarán la secuencia genética editada. [10] Las proteínas de edición de ADN a menudo participan en el sistema de respuesta inmunitaria tanto de procariotas como de eucariotas, lo que proporciona una alta variabilidad en la expresión genética en la adaptación a varios patógenos. [11]

Algunos ejemplos específicos incluyen:

Procesamiento de ARNm

El procesamiento del ARNm actúa como una forma de regulación postranscripcional, que ocurre principalmente en eucariotas. La escisión/poliadenilación 3' y la protección 5' aumentan la estabilidad general del ARN, y la presencia de protección 5' permite la unión de ribosomas para la traducción. El empalme del ARN permite la expresión de varias variantes de proteínas del mismo gen. [12]

Algunos ejemplos específicos incluyen:

unión del ARNm

La unión del ARNm permite la represión de la traducción de proteínas a través del bloqueo directo, la degradación o la escisión del ARNm. [13] [14] Ciertos mecanismos de unión del ARNm tienen una alta especificidad, que puede actuar como una forma de respuesta inmune intrínseca durante ciertas infecciones virales. [15] Ciertos virus de ARN segmentado también pueden regular la expresión génica viral a través de la unión del ARN de otro segmento del genoma, sin embargo, los detalles de este mecanismo aún no están claros. [16]

Algunos ejemplos específicos incluyen:

Véase también

Referencias

  1. ^ abc Gilad Y, Rifkin SA, Pritchard JK (agosto de 2008). "Revelando la arquitectura de la regulación genética: la promesa de los estudios eQTL". Tendencias en genética . 24 (8): 408–15. doi :10.1016/j.tig.2008.06.001. PMC  2583071 . PMID  18597885.
  2. ^ abcdef Wang Q, Jia Y, Wang Y, Jiang Z, Zhou X, Zhang Z, Nie C, Li J, Yang N, Qu L (diciembre de 2019). "Evolución de la divergencia cis y transregulatoria en el genoma del pollo entre dos razas contrastantes analizadas utilizando tres tipos de tejido al día de vida". BMC Genomics . 20 (1): 933. doi : 10.1186/s12864-019-6342-5 . PMC 6896592 . PMID  31805870. 
  3. ^ abcdefghij Goncalves A, Leigh-Brown S, Thybert D, Stefflova K, Turro E, Flicek P, Brazma A, Odom DT, Marioni JC (diciembre de 2012). "Regulación cis-trans compensatoria extensa en la evolución de la expresión génica del ratón". Genome Research . 22 (12): 2376–84. doi :10.1101/gr.142281.112. PMC 3514667 . PMID  22919075. 
  4. ^ ab McManus CJ, Coolon JD, Duff MO, Eipper-Mains J, Graveley BR, Wittkopp PJ (junio de 2010). "Divergencia regulatoria en Drosophila revelada por mRNA-seq". Genome Research . 20 (6): 816–25. doi :10.1101/gr.102491.109. PMC 2877578 . PMID  20354124. 
  5. ^ Landry CR, Wittkopp PJ, Taubes CH, Ranz JM, Clark AG, Hartl DL (diciembre de 2005). "Evolución cis-trans compensatoria y desregulación de la expresión génica en híbridos interespecíficos de Drosophila". Genética . 171 (4): 1813–22. doi :10.1534/genetics.105.047449. PMC 1456106 . PMID  16143608. 
  6. ^ Griffiths AJ, Miller JH, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM (2000). "Transcripción y ARN polimerasa". Introducción al análisis genético (7.ª ed.). Nueva York: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3520-5.
  7. ^ Lodish H, Berk A, Zipursky SL, Berk A, Darnell JE, Zipursky SL, Baltimore D, Matsudaira P (2000). "Sección 10.5: Activadores y represores de la transcripción eucariota". Biología celular molecular (4.ª ed.). Nueva York: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3136-8.
  8. ^ Roth DB (diciembre de 2014). "Recombinación V(D)J: mecanismo, errores y fidelidad". Microbiology Spectrum . 2 (6): 313–324. doi :10.1128/microbiolspec.MDNA3-0041-2014. ISBN 9781555819200. PMC  5089068 . PMID  26104458.
  9. ^ McGinn J, Marraffini LA (enero de 2019). "Mecanismos moleculares de adquisición de espaciadores CRISPR-Cas". Nature Reviews. Microbiology . 17 (1): 7–12. doi :10.1038/s41579-018-0071-7. PMID  30171202. S2CID  52139589.
  10. ^ Janeway Jr CA, Travers P, Walport M, Schlomchik M (2001). "Activación de células B por células T auxiliares armadas". Inmunobiología: el sistema inmunitario en la salud y la enfermedad (5.ª ed.). Nueva York: Garland Science. ISBN 978-0-8153-3642-6.
  11. ^ Janeway Jr CA, Travers P, Walport M, Schlomchik M (2001). "La generación de diversidad en inmunoglobulinas". Inmunobiología: el sistema inmunitario en la salud y la enfermedad (5.ª ed.). Nueva York: Garland Science. ISBN 978-0-8153-3642-6.
  12. ^ Lodish H, Berk A, Zipursky SL, Berk A, Darnell JE, Zipursky SL, Baltimore D, Matsudaira P (2000). "Sección 11.2: Procesamiento del ARNm eucariota". Biología celular molecular (4.ª ed.). Nueva York: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3136-8.
  13. ^ Dana H, Chalbatani GM, Mahmoodzadeh H, Karimloo R, Rezaiean O, Moradzadeh A, Mehmandoost N, Moazzen F, Mazraeh A, Marmari V, Ebrahimi M, Rashno MM, Abadi SJ, Gharagouzlo E (junio de 2017). "Mecanismos moleculares y funciones biológicas del ARNip". Revista Internacional de Ciencias Biomédicas . 13 (2): 48–57. doi :10.59566/IJBS.2017.13048. PMC 5542916 . PMID  28824341. 
  14. ^ Wahid F, Shehzad A, Khan T, Kim YY (noviembre de 2010). "MicroARN: síntesis, mecanismo, función y ensayos clínicos recientes". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1803 (11): 1231–43. doi : 10.1016/j.bbamcr.2010.06.013 . PMID  20619301.
  15. ^ Guo XK, Zhang Q, Gao L, Li N, Chen XX, Feng WH (enero de 2013). "El aumento de la expresión del microARN 181 inhibe la replicación del virus del síndrome respiratorio y reproductivo porcino y tiene implicaciones para controlar la infección viral". Journal of Virology . 87 (2): 1159–71. doi :10.1128/JVI.02386-12. PMC 3554091 . PMID  23152505. 
  16. ^ Newburn LR, White KA (agosto de 2019). "Interacciones ARN-ARN que actúan en trans en virus ARN segmentados". Viruses . 11 (8): 751. doi : 10.3390/v11080751 . PMC 6723669 . PMID  31416187. 


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