Mecanismos de regulación génica

En general, los mecanismos de regulación génica implican lo siguiente:

Que todos los organismos requieren activar y desactivar genes, y además coordinar su expresión. En eucariontes, hay familias de proteínas reguladoras que controlan a ciertos genes, por lo que el control de esa expresión es combinatorio. El efecto de una sola proteína reguladora puede ser decisivo en encender o apagar algún gen, simplemente completando la combinación de elementos en cascada que se requieren para activarlo o inactivarlo, como la última pieza de un mecanismo.

Un ejemplo de lo anterior es el receptor de glucocorticoides. Éste es una proteína reguladora, presente principalmente en el citoplasma e inactiva, que antes de unirse al DNA debe formar un complejo con alguna hormona esteroidea glucocorticoide (corticoesteroides) como la cortisona. En los hepatocitos (células del hígado) la hormona (ligando) se une al receptor de glucocorticoides y lo activa; el receptor activado se transfiere al núcleo e induce la expresión de diferentes genes, como el de la enzima tirosina aminotransferasa, que transforma a la tirosina en glucosa, necesaria en grandes cantidades bajo condiciones de estrés. Cuando el estrés ha pasado, la cortisona ya no está presente, el receptor sin cortisona e inactivo regresa al citoplasma y los genes se apagan Animación.

Otro ejemplo son las proteínas de estrés térmico (Hsp, del inglés Heat shock protein), cuyo descubrimiento se debió a que se expresan fuertemente por cambios ambientales, aunque ahora se sabe que participan también en diferentes procesos celulares.

La regulación de la expresión de varios genes a través de la acción de una sola proteína, facilita el funcionamiento de las células y su rápida respuesta a cambios medioambientales. Pero además, esta regulación juega un papel muy importante en la diferenciación celular. Un ejemplo es el caso de las células musculares, que son resultado de la fusión de muchas células precursoras: los mioblastos. En el músculo las células sintetizan principalmente a las proteínas contráctiles actina y miosina, a los receptores de membrana y a los canales iónicos que lo hacen sensible a las terminaciones nerviosas. Los genes que codifican para todas estas proteínas están coordinados, y durante el desarrollo embrionario hay proteínas reguladoras que convierten a los mioblastos en células musculares por activación de dichos genes. Se ha demostrado que si se añade la proteína MyoD a fibroblastos en cultivo, éstos empiezan a comportarse como mioblastos y a fusionarse para formar músculo. Como los fibroblastos provienen del mismo tipo de células embrionarias que los músculos, sólo se requiere la unión al DNA de la proteína MyoD, un factor de transcripción, para iniciar la transformación que deriva en la formación de este tejido Imagen.

Otro ejemplo ocurre en levaduras, en donde hay receptores de membrana, factores transcripcionales y feromonas (ligandos) que tienen efecto sobre los tipos celulares y en la reproducción. Las levaduras tienen un factor transcripcional que si está formado por un homodímero (dos polipéptidos idénticos), activa los genes que inducen dos tipos diferentes de levaduras sexuales, las cuales pueden cruzarse entre sí. Si por el contrario, el factor transcripcional está conformado por subunidades distintas (heterodímero), se reprimen los genes que producen los tipos sexuales.
Las células haploides producen receptores (a ó alfa) los que se unen ligandos opuestos. Así el ligando alfa se une al receptor a, y viceversa. Esto provoca que las dos células se unan sexualmente y se producen reacciones que desencadenan la activación de otros trece genes involucrados en este tipo de reproducción. Como resultado se produce una célula diploide que puede proliferar, por mitosis, de manera indefinida mientras haya nutrientes. En condiciones de ayuno, los diploides presentarán meiosis, y esporularán generando nuevamente células haploides con una segregación 2 : 2 de células tipo a : alfa Imagen.