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TEMAS
Transcripción
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Fecha de Publicación: 10-11-2007 Última actualización : 10-11-2007
Resumen
La transcripción es un proceso en el que la información genética del ADN pasa al ARN mensajero (ARNm). Es el primer paso de la síntesis de proteínas. El ARNm transporta la información desde el núcleo, donde está codificada en el ADN, hasta el citoplasma, donde se encuentran los ribosomas. El paso de ADN a ARNm se hace construyendo una copia complementaria nucleótido a nucleótido teniendo en cuenta que en el ARNm el uracilo es el complementario a la adenina. Esta copia la realiza la enzima ARN polimerasa II en tres etapas: iniciación, elongación y terminación. La ARN polimerasa II se une a un sitio específico del ADN llamado promotor para comenzar la transcripción. No todos los genes se expresan sino que en cada tipo celular y en cada momento funcional hay un perfil de expresión génica que proporciona a cada célula su identidad y le permite adaptarse a las funciones que debe realizar. Los procesos de regulación de la transcripción dirigen esta expresión diferencial de genes en los distintos tipos celulares y en los distintos estados funcionales.
Concepto
En esta animación se explican de forma esquemática las distintas fases de la transcripción
La transcripción es el proceso de obtención de un ARN mensajero (ARNm) a partir del ADN correspondiente a un gen. En cada tipo celular y en cada estado funcional en el que se encuentre la célula se expresan unos genes diferentes. Esto precisa una regulación muy fina que consiga orquestar un funcionamiento complejo de las células orientado a responder adecuadamente a los estímulos externos e internos.

Primero se lleva a cabo la copia de ADN y se obtiene pre-ARNm. Se transcriben tanto los exones (parte codificante de proteína) como los intrones (parte no codificante). La copia de ADN a pre-ARNm se produce nucleótido a nucleótido, incorporando uracilo como base complementaria a la adenina. Como molde se usa una sola cadena de ADN, obteniéndose por tanto pre-ARNm monocatenario. En el núcleo el pre-ARNm sufre un proceso de maduración y una vez maduro sale al citosol donde se traduce a proteína gracias a los ribosomas.

La transcripción la realiza la ARN polimerasa II. La ARN polimerasa II es la principal responsable de copiar la información de los genes pero necesita la participación de muchos otros factores (factores de transcripción, acetilasas de histonas, complejo remodelador de la cromatina) para llevar a cabo este complejo proceso clave en la fisiología celular. El proceso de transcripción se realiza en varias fases:

Fase de iniciación de la transcripción. Para que se inicie la transcripción es necesario que el gen esté accesible para lo que la cromatina debe disminuir su grado de empaquetamiento. La acetilación de determinadas lisinas de las histonas favorece la descondensación de la cromatina. El complejo remodelador de la cromatina o CRM (Chromatin-Remodeling-Machine) tiene afinidad por las lisinas acetiladas de las histonas y se une a ellas a través del dominio llamado "Bromodominio". El CRM desorganiza los nucleosomas aumentando el grado de exposición y de accesibilidad de los promotores. Finalmente el mediador, la ARN polimerasa II y los factores de transcripción hacen que se inicie la transcripción.

El promotor de un gen es una región del ADN con unas características especiales que determina el punto en el que la ARN polimerasa comienza a transcribir un gen. Una vez que la ARN polimerasa ha reconocido el promotor y se ha unido a él en primer lugar se forma el complejo de preiniciación. Este complejo está formado por algunos factores de transcripción y la ARN polimerasa II. Después se forma el complejo de iniciación cerrado al unirse otros factores de transcripción y el mediador. Posteriormente se forma el complejo de iniciación abierto gracias a la actividad helicasa de uno de los factores. En este instante comienza la síntesis de ARNm por la ARN polimerasa II a partir del sitio llamado +1 que marca el punto de inicio de la transcripción de un gen. Hasta que el fragmento de ARNm sintetizado no tiene 8-10 nucleótidos el proceso es reversible siendo posible que el complejo se desorganice y la transcripción del gen no se lleve a cabo. A este fenómeno se le conoce como iniciación abortiva. Cuando ya hay un fragmento de ARN de tamaño adecuado, se fosforila el dominio CTD (Carboxi-Terminal Domain) de la ARN polimerasa II. Esta fosforilación, llevada a cabo por el mismo factor que tiene actividad helicasa o por el mediador, es muy importante, ya que desestabiliza las interacciones que tiene la ARN polimerasa II con algunos factores de transcripción favoreciendo su avance rápido transcribiendo el gen.

Fase de elongación. Durante la fase de elongación el CTD debe seguir fosforilado. En esta etapa, la ARN polimerasa II cataliza la formación de los enlaces fosfodiéster entre nucléotidos. Intervienen otros factores, conocidos como factores de elongación. Sus funciones son disminuir las pausas de la ARN polimerasa II, desorganizar los nucleosomas y favorecer los procesos de corrección de errores. También intervienen factores de transcripción involucrados en la iniciación. En la elongación se fosforila otra posición del CTD. El CTD fosforilado es reconocido también por proteínas encargadas del procesamiento y maduración del pre-ARNm, de modo que la maduración del pre-ARNm se produce de forma simultánea a la transcripción. Concretamente, la formación de la caperuza (cap) metilada ocurre en la fase de iniciación de la transcripción y normalmente, el proceso de splicing durante la elongación. La poliadenilación comienza en la fase de terminación de la transcripción y acaba una vez finalizada ésta.

Fase de terminación. El CTD es defosforilado por una fosfatasa. La ARN polimerasa II continúa transcribiendo hasta llegar a una secuencia específica que determina el sitio de poliadenilación. Esta secuencia es reconocida por una endonucleasa. Esta enzima corta el ARNm unos nucleótidos más allá de la secuencia que reconoce, liberándolo. Posteriormente esta secuencia específica es reconocida por una enzima encargada de añadir la cola de poli-A al transcrito.

El proceso de transcripción debe estar finamente regulado, ya que de él depende la adaptación al medio y el buen funcionamiento del organismo. Cada tipo celular y cada estado funcional necesita un perfil de expresión génica diferente que se adapte a sus necesidades. Los factores reguladores pueden incidir sobre cualquiera de los elementos de este complejo proceso. Así hay reguladores que modifican la accesibilidad de los genes, otros que alteran la fase de iniciación, otros que actúan en la fase de elongación y otros en la de terminación. Igualmente existen reguladores de la transcripción que actúan sobre los procesos de maduración del ARN

La regulación de la accesibilidad de los genes depende de las regiones controladoras de locus o LCRs (Locus Control Region), de los “insulators” (aisladores), de los procesos de modificación de histonas, de los procesos de desempaquetamiento y desorganización de nucleosomas y de la metilación del ADN:
• Las LCRs son regiones del ADN donde la expresión génica está favorecida.
• Los “insulators” son regiones del ADN que delimitan a modo de barrera las zonas transcripcionalmente activas de las que están inactivas participando en la correcta organización de la cromatina.
• Las modificaciones en las histonas son muy importantes en el control de la transcripción. La metilación de lisinas impide la transcripción génica ya que las histonas con este tipo de modificación reclutan proteínas silenciadoras de genes que suelen poseer un “cromodominio” que intervienen en la interacción con las histonas metiladas. En cambio, la acetilación de determinadas lisinas favorece la interacción con el CRM que lleva a cabo la desorganización de los nucleosomas y por tanto hace los genes accesibles para ser transcritos.
• La metilación del ADN es otra modificación que produce silenciamiento de genes. La metilación de genes es muy importante en procesos del desarrollo, en la impronta ganética y en el silenciamiento de genes repetidos.

Otro nivel de regulación de la transcripción es el que se lleva a cabo actuando sobre el proceso de iniciación. Existen proteínas activadoras que se unen a elementos próximos al promotor y otras que se unen a los llamados “potenciadores” que pueden localizarse en posiciones más alejadas del promotor. Las proteínas activadoras se unen a sus sitios de unión en el ADN y favorecen el reclutamiento de la ARN polimerasa II y de los factores de transcripción necesarios para que se forme el complejo de iniciación y comience la transcripción. Las proteínas represoras actúan de forma directa uniéndose al operador y evitando que se una la ARN polimerasa o de forma indirecta bloqueando la acción de las proteínas activadoras.

Otros reguladores de la transcripción actúan sobre las proteínas involucradas en el proceso de elongación bloqueando la transcripción a este nivel.

También existen reguladores de la transcripción que actúan sobre el proceso de poliadenilación, evitando la liberación de la ARN polimerasa y la finalización de la transcripción.