Regulación transcripcional

Algunos ejemplos de esto incluyen producir el ARNm que codifica enzimas para adaptarse a un cambio en una fuente de alimento, producir los productos génicos involucrados en actividades específicas del ciclo celular y producir los productos génicos responsables de la diferenciación celular en eucariotas multicelulares, como se estudió en la biología evolutiva del desarrollo evolutivo.

Las bacterias y los eucariotas tienen estrategias muy diferentes para lograr el control sobre la transcripción, pero algunas características importantes permanecen conservadas entre las dos.

Los represores a menudo ocupan físicamente la ubicación del promotor, impidiendo la unión de la ARN polimerasa.

Alternativamente, un represor y una polimerasa pueden unirse al ADN al mismo tiempo con una interacción física entre el represor que impide la apertura del ADN para acceder a la hebra negativa para la transcripción.

[4]​ Los factores sigma son proteínas bacterianas especializadas que se unen a las ARN polimerasas y orquestan el inicio de la transcripción.

Estos mecanismos se pueden agrupar generalmente en tres áreas principales: Los tres de estos sistemas funcionan en conjunto para integrar señales de la célula y cambiar el programa transcripcional en consecuencia.

Esta diferencia se debe en gran parte a la compactación del genoma eucariota al enrollar el ADN alrededor de las histonas para formar estructuras de orden superior.

Porciones significativas se silencian mediante modificaciones de histonas y, por lo tanto, son inaccesibles para las polimerasas o sus cofactores.

[21]​ Las enzimas TET juegan un papel central en la desmetilación de citosinas metiladas.

Los factores de transcripción se pueden dividir en dos categorías principales: activadores y represores.

También puede suceder que un represor funcione mediante competencia alostérica contra un activador determinado para reprimir la expresión génica: los motivos de unión al ADN superpuestos tanto para los activadores como para los represores inducen una competencia física para ocupar el sitio de unión.

Nuevamente, existen muchos mecanismos diferentes para controlar si un factor de transcripción está activo.

[24]​ Un ejemplo de esto es la proteína HSF1, que permanece unida a Hsp70 en el citosol y solo se transloca al núcleo ante estrés celular como el choque térmico.

Por tanto, los genes bajo el control de este factor de transcripción permanecerán sin transcribir a menos que la célula esté sometida a estrés.

Aunque es poco frecuente, la regulación transcripcional puede involucrar elementos ubicados en un cromosoma diferente al que reside el promotor.

Los potenciadores o promotores proximales de genes vecinos pueden servir como plataformas para reclutar elementos más distales.

Los límites de TAD a menudo están compuestos por genes internos, ARNt, otras secuencias altamente expresadas y Elementos Cortos Intercalados (SINE).

Las moléculas específicas identificadas en los límites de los TAD se denominan aislantes o proteínas arquitectónicas porque no solo bloquean la expresión con fugas del potenciador, sino que también garantizan una compartimentación precisa de las entradas reguladoras cis al promotor objetivo.

Los sitios de alta ocupación generalmente se conservan y están estáticos, mientras que los sitios intra-TAD son dinámicos de acuerdo con el estado de la celda, por lo tanto, los TAD mismos están compartimentados en subdominios que pueden denominarse subTAD desde unos pocos kb hasta un TAD largo (19).

Cuando los sitios de unión arquitectónicos están a menos de 100 kb entre sí, las proteínas mediadoras son las proteínas arquitectónicas que cooperan con la cohesina.

[33]​ En eucariotas, el ARNr ribosómico y los ARNt involucrados en la traducción están controlados por la ARN polimerasa I (Pol I) y la ARN polimerasa III (Pol III).

De manera similar, tanto CDK8 (una subunidad del complejo mediador multiproteico masivo) como CDK9 (una subunidad del factor de elongación p-TEFb), tienen actividad quinasa hacia otros residuos en el CTD.

[40]​ Sin embargo, el silenciamiento transcripcional puede ser más importante que la mutación para provocar la progresión al cáncer.

La represión transcripcional en el cáncer también puede ocurrir por otros mecanismos epigenéticos, como la expresión alterada de microARN.

El operón de maltosa es un ejemplo de control positivo de la transcripción. [ 6 ] ​ Cuando la maltosa no está presente en E. coli, no se producirá la transcripción de los genes de maltosa y no habrá maltosa para unirse a la proteína activadora de maltosa. Esto evita que la proteína activadora se una al sitio de unión del activador en el gen, lo que a su vez evita que la ARN polimerasa se una al promotor de maltosa. No se realiza ninguna transcripción.
Cuando la maltosa está presente en E. coli, se une a la proteína activadora de maltosa (# 1), que promueve la unión de la proteína activadora de maltosa al sitio de unión del activador (# 2). Esto permite que la ARN polimerasa se una al promotor mal (# 3). La transcripción de los genes malE, malF y malG prosigue (# 4) a medida que la proteína activadora de maltosa y la ARN polimerasa descienden por el ADN. [ 6 ] ​ El malE codifica la proteína periplásmica de unión a maltosa y ayuda al transporte de la maltosa a través de la membrana celular. [ 10 ] ​ El malF codifica la proteína permeasa del sistema de transporte de maltosa y ayuda a translocar la maltosa a través de la membrana celular. [ 11 ] ​ El malG codifica la proteína del sistema de transporte y también ayuda a trasladar la maltosa a través de la membrana celular. [ 12 ] ​
La metilación del ADN es la adición de un grupo metilo al ADN que ocurre en la citosina . La imagen muestra una base de anillo único de citosina y un grupo metilo agregado al carbono 5. En los mamíferos, la metilación del ADN se produce casi exclusivamente en una citosina seguida de una guanina .