Un activador transcripcional es una proteína ( factor de transcripción ) que aumenta la transcripción de un gen o un conjunto de genes. [1] Se considera que los activadores tienen un control positivo sobre la expresión génica, ya que funcionan para promover la transcripción génica y, en algunos casos, son necesarios para que se produzca la transcripción de genes. [1] [2] [3] [4] La mayoría de los activadores son proteínas de unión al ADN que se unen a potenciadores o elementos proximales al promotor . [1] El sitio de ADN unido por el activador se conoce como "sitio de unión del activador". [3] La parte del activador que realiza interacciones proteína-proteína con la maquinaria de transcripción general se conoce como "región activadora" o "dominio de activación". [1]
La mayoría de los activadores funcionan uniéndose a una secuencia específica de un sitio regulador de ADN ubicado cerca de un promotor y realizando interacciones proteína-proteína con la maquinaria general de transcripción ( ARN polimerasa y factores generales de transcripción ), facilitando así la unión de la maquinaria general de transcripción al promotor. [1] [2] [3] [4] Otros activadores ayudan a promover la transcripción genética al provocar que la ARN polimerasa se libere del promotor y continúe a lo largo del ADN. [2] A veces, la ARN polimerasa puede detenerse poco después de dejar el promotor; los activadores también funcionan para permitir que estas ARN polimerasas "bloqueadas" continúen la transcripción. [1] [2]
La actividad de los activadores se puede regular. Algunos activadores tienen un sitio alostérico y solo pueden funcionar cuando una determinada molécula se une a este sitio, lo que básicamente activa el activador. [4] Las modificaciones postraduccionales de los activadores también pueden regular la actividad, aumentando o disminuyendo la actividad según el tipo de modificación y el activador que se esté modificando. [1]
En algunas células, generalmente eucariotas, múltiples activadores pueden unirse al sitio de unión; estos activadores tienden a unirse de manera cooperativa e interactuar sinérgicamente. [1] [2]
Las proteínas activadoras constan de dos dominios principales : un dominio de unión al ADN que se une a una secuencia de ADN específica del activador y un dominio de activación que funciona para aumentar la transcripción genética al interactuar con otras moléculas. [1] Los dominios de unión al ADN del activador vienen en una variedad de conformaciones, incluyendo la hélice-giro-hélice , el dedo de zinc y la cremallera de leucina , entre otras. [1] [2] [3] Estos dominios de unión al ADN son específicos de una determinada secuencia de ADN, lo que permite que los activadores activen solo ciertos genes. [1] [2] [3] Los dominios de activación también vienen en una variedad de tipos que se clasifican según la secuencia de aminoácidos del dominio, incluidos los dominios ricos en alanina , ricos en glutamina y ácidos. [1] Estos dominios no son tan específicos y tienden a interactuar con una variedad de moléculas objetivo. [1]
Los activadores también pueden tener sitios alostéricos que son responsables de activarlos y desactivarlos. [4]
Dentro de los surcos de la doble hélice del ADN, se exponen los grupos funcionales de los pares de bases. [2] La secuencia del ADN crea así un patrón único de características superficiales, incluyendo áreas de posibles enlaces de hidrógeno , enlaces iónicos , así como interacciones hidrofóbicas . [2] Los activadores también tienen secuencias únicas de aminoácidos con cadenas laterales que pueden interactuar con los grupos funcionales del ADN. [2] [3] Por lo tanto, el patrón de cadenas laterales de aminoácidos que componen una proteína activadora será complementario a las características superficiales de la secuencia reguladora de ADN específica a la que fue diseñada para unirse. [1] [2] [3] Las interacciones complementarias entre los aminoácidos de la proteína activadora y los grupos funcionales del ADN crean una especificidad de "ajuste exacto" entre el activador y su secuencia de ADN reguladora. [2]
La mayoría de los activadores se unen a los surcos mayores de la doble hélice, ya que estas áreas tienden a ser más anchas, pero hay algunos que se unirán a los surcos menores. [1] [2] [3]
Los sitios de unión del activador pueden estar ubicados muy cerca del promotor o a numerosos pares de bases de distancia. [2] [3] Si la secuencia reguladora está ubicada lejos, el ADN se enrollará sobre sí mismo (ADN en bucle) para que el activador unido interactúe con la maquinaria de transcripción en el sitio del promotor. [2] [3]
En los procariotas, varios genes pueden transcribirse juntos ( operón ) y, por lo tanto, están controlados por la misma secuencia reguladora. [2] En los eucariotas, los genes tienden a transcribirse individualmente y cada gen está controlado por sus propias secuencias reguladoras. [2] Las secuencias reguladoras donde se unen los activadores se encuentran comúnmente aguas arriba del promotor, pero también se pueden encontrar aguas abajo o incluso dentro de los intrones en los eucariotas. [1] [2] [3]
La unión del activador a su secuencia reguladora promueve la transcripción genética al permitir la actividad de la ARN polimerasa. [1] [2] [3] [4] Esto se hace a través de varios mecanismos, como reclutar maquinaria de transcripción al promotor y activar la ARN polimerasa para que continúe con la elongación. [1] [2] [3] [4]
Los genes controlados por activadores requieren la unión de activadores a sitios reguladores para reclutar la maquinaria de transcripción necesaria para la región promotora. [1] [2] [3]
Las interacciones de los activadores con la ARN polimerasa son principalmente directas en procariotas e indirectas en eucariotas. [2] En procariotas, los activadores tienden a hacer contacto con la ARN polimerasa directamente para ayudar a unirla al promotor. [2] En eucariotas, los activadores interactúan principalmente con otras proteínas, y estas proteínas serán las que interactúen con la ARN polimerasa. [2]
En los procariotas, los genes controlados por activadores tienen promotores que no pueden unirse fuertemente a la ARN polimerasa por sí mismos. [2] [3] Por lo tanto, las proteínas activadoras ayudan a promover la unión de la ARN polimerasa al promotor. [2] [3] Esto se hace a través de varios mecanismos. Los activadores pueden doblar el ADN para exponer mejor el promotor para que la ARN polimerasa pueda unirse de manera más efectiva. [3] Los activadores pueden hacer contacto directo con la ARN polimerasa y fijarla al promotor. [2] [3] [4]
En los eucariotas, los activadores tienen una variedad de moléculas objetivo diferentes que pueden reclutar para promover la transcripción genética. [1] [2] Pueden reclutar otros factores de transcripción y cofactores que son necesarios para la iniciación de la transcripción. [1] [2]
Los activadores pueden reclutar moléculas conocidas como coactivadores . [1] [2] Estas moléculas coactivadoras pueden entonces realizar funciones necesarias para iniciar la transcripción en lugar de los propios activadores, como modificaciones de la cromatina. [1] [2]
El ADN está mucho más condensado en los eucariotas; por lo tanto, los activadores tienden a reclutar proteínas que son capaces de reestructurar la cromatina para que el promotor sea más fácilmente accesible para la maquinaria de transcripción. [1] [2] Algunas proteínas reorganizarán la disposición de los nucleosomas a lo largo del ADN para exponer el sitio del promotor ( complejos de remodelación de cromatina dependientes de ATP ). [1] [2] Otras proteínas afectan la unión entre las histonas y el ADN a través de modificaciones postraduccionales de las histonas , lo que permite que el ADN firmemente envuelto en los nucleosomas se afloje. [1] [2]
Todas estas moléculas reclutadas trabajan juntas para finalmente reclutar la ARN polimerasa al sitio promotor. [1] [2]
Los activadores pueden promover la transcripción génica al indicarle a la ARN polimerasa que se mueva más allá del promotor y continúe a lo largo del ADN, iniciando el comienzo de la transcripción. [2] La ARN polimerasa a veces puede detenerse poco después de comenzar la transcripción, y se requieren activadores para liberar a la ARN polimerasa de este estado "estancado". [1] [2] Existen múltiples mecanismos para liberar estas ARN polimerasas "estancadas". Los activadores pueden actuar simplemente como una señal para desencadenar el movimiento continuo de la ARN polimerasa. [2] Si el ADN está demasiado condensado para permitir que la ARN polimerasa continúe la transcripción, los activadores pueden reclutar proteínas que pueden reestructurar el ADN para eliminar cualquier bloqueo. [1] [2] Los activadores también pueden promover el reclutamiento de factores de elongación, que son necesarios para que la ARN polimerasa continúe la transcripción. [1] [2]
Existen diferentes formas de regular la actividad de los propios activadores, con el fin de garantizar que estimulen la transcripción genética en los momentos y niveles adecuados. [1] La actividad del activador puede aumentar o disminuir en respuesta a estímulos ambientales u otras señales intracelulares. [1]
Los activadores a menudo deben ser "activados" antes de que puedan promover la transcripción genética. [2] [3] [4] La actividad de los activadores está controlada por la capacidad del activador de unirse a su sitio regulador a lo largo del ADN. [2] [3] [4] El dominio de unión al ADN del activador tiene una forma activa y una forma inactiva, que están controladas por la unión de moléculas conocidas como efectores alostéricos al sitio alostérico del activador. [4]
Los activadores en su forma inactiva no están unidos a ningún efector alostérico. [4] Cuando está inactivo, el activador no puede unirse a su secuencia reguladora específica en el ADN y, por lo tanto, no tiene ningún efecto regulador sobre la transcripción de genes. [4]
Cuando un efector alostérico se une al sitio alostérico de un activador, se produce un cambio conformacional en el dominio de unión al ADN, que permite que la proteína se una al ADN y aumente la transcripción genética. [2] [4]
Algunos activadores pueden sufrir modificaciones postraduccionales que tienen un efecto sobre su actividad dentro de una célula. [1] Se ha visto que procesos como la fosforilación , la acetilación y la ubiquitinación , entre otros, regulan la actividad de los activadores. [1] Dependiendo del grupo químico que se agregue, así como de la naturaleza del activador en sí, las modificaciones postraduccionales pueden aumentar o disminuir la actividad de un activador. [1] Por ejemplo, se ha visto que la acetilación aumenta la actividad de algunos activadores a través de mecanismos como el aumento de la afinidad de unión al ADN. [1] Por otro lado, la ubiquitinación disminuye la actividad de los activadores, ya que la ubiquitina marca las proteínas para su degradación después de que hayan realizado sus respectivas funciones. [1]
En los procariotas, una proteína activadora solitaria es capaz de promover la transcripción. [2] [3] En los eucariotas, normalmente más de un activador se ensambla en el sitio de unión, formando un complejo que actúa para promover la transcripción. [1] [2] Estos activadores se unen de forma cooperativa en el sitio de unión, lo que significa que la unión de un activador aumenta la afinidad del sitio para unirse a otro activador (o en algunos casos a otro regulador transcripcional), lo que hace más fácil que varios activadores se unan al sitio. [1] [2] En estos casos, los activadores interactúan entre sí de forma sinérgica , lo que significa que la tasa de transcripción que se logra a partir de varios activadores que trabajan juntos es mucho mayor que los efectos aditivos de los activadores si trabajaran individualmente. [1] [2]
La descomposición de la maltosa en Escherichia coli está controlada por la activación de genes. [3] Los genes que codifican las enzimas responsables del catabolismo de la maltosa solo pueden transcribirse en presencia de un activador. [3] El activador que controla la transcripción de las enzimas de la maltosa está "desactivado" en ausencia de maltosa. [3] En su forma inactiva, el activador no puede unirse al ADN y promover la transcripción de los genes de la maltosa. [3] [4]
Cuando la maltosa está presente en la célula, se une al sitio alostérico de la proteína activadora, lo que provoca un cambio conformacional en el dominio de unión al ADN del activador. [3] [4] Este cambio conformacional "activa" el activador al permitirle unirse a su secuencia de ADN reguladora específica. [3] [4] La unión del activador a su sitio regulador promueve la unión de la ARN polimerasa al promotor y, por lo tanto, la transcripción, produciendo las enzimas necesarias para descomponer la maltosa que ha ingresado a la célula. [3]
La proteína activadora de catabolitos (CAP), también conocida como proteína receptora de AMPc (CRP), activa la transcripción en el operón lac de la bacteria Escherichia coli . [5] El monofosfato de adenosina cíclico (AMPc) se produce durante la inanición de glucosa; esta molécula actúa como un efector alostérico que se une a CAP y causa un cambio conformacional que permite que CAP se una a un sitio de ADN ubicado adyacente al promotor lac. [5] CAP luego realiza una interacción proteína-proteína directa con la ARN polimerasa que recluta a la ARN polimerasa al promotor lac. [5]
