Regulación de la Expresión Génica y Estado de la Cromatina

Cada célula posee los mismos genes, pero solo expresa un subconjunto de ellos. La regulación de la expresión génica —el control de si, cuándo y en qué medida se transcribe cada gen— es lo que diferencia a las células entre sí. Una capa central de este control es el estado de la cromatina: la forma en que el ADN se empaqueta con las histonas determina si un gen es accesible para la maquinaria de transcripción.

Definition

La regulación de la expresión génica es el conjunto de procesos que controlan la producción del ARN y las proteínas de un gen; el estado de la cromatina es el estado de empaquetamiento y modificación del ADN y las histonas que hace que un gen sea más o menos accesible y, por lo tanto, regula su transcripción.

Scope

Este tema abarca la regulación de la expresión génica, con énfasis en el estado de la cromatina —el empaquetamiento de los nucleosomas, las modificaciones de las histonas y la accesibilidad—, junto con las entradas de factores de transcripción que actúan sobre ella. Es material de referencia y educativo, y describe la desregulación en enfermedades solo en términos generales, no como una guía clínica.

Core questions

• ¿Qué determina si un gen se transcribe en una célula dada?
• ¿Cómo el empaquetamiento de la cromatina abre o cierra los genes a la expresión?
• ¿Qué papeles desempeñan las modificaciones de las histonas y la accesibilidad del ADN?
• ¿Cómo se mide la expresión génica a lo largo del genoma?

Key concepts

• Regulación transcripcional
• Cromatina y nucleosomas
• Modificaciones de histonas
• Cromatina abierta versus cerrada (accesibilidad)
• Eucromatina y heterocromatina
• Factores de transcripción y coactivadores
• Estado epigenético
• Medición del transcriptoma (RNA-Seq)

Mechanisms

El ADN se enrolla alrededor de las histonas formando nucleosomas, y la cromatina resultante puede ser compacta y represiva (heterocromatina) o abierta y permisiva (eucromatina). Los complejos modificadores de la cromatina añaden o eliminan marcas de histonas y reposicionan los nucleosomas, cambiando la accesibilidad para que los factores de transcripción y la ARN polimerasa puedan o no interactuar con los elementos reguladores de un gen. La combinación de un estado de cromatina accesible y los factores unidos adecuados permite la transcripción; juntas, estas capas determinan el patrón de expresión génica específico del tipo celular, que puede ser analizado a nivel genómico mediante la secuenciación del transcriptoma.

Clinical relevance

Dado que el estado de la cromatina y el control transcripcional determinan qué genes están activos, su alteración —a través de reguladores de la cromatina o señalización modificados— puede cambiar los programas de expresión en enfermedades, y la perfilación de la expresión se utiliza ampliamente para caracterizar tejidos y tumores. Este tema proporciona ese trasfondo conceptual para referencia y educación y no constituye una base para el diagnóstico o tratamiento individual.

Evidence & guidelines

La base cromatínica del control transcripcional está establecida en la biología molecular mecanicista, mientras que los mapas genómicos de cromatina accesible y marcas de histonas de proyectos como ENCODE proporcionan la anotación de referencia del estado regulador; RNA-Seq proporciona el método estándar para cuantificar la expresión que producen esos estados.

History

El reconocimiento de que la cromatina no es un empaquetamiento inerte sino un regulador activo de la transcripción se desarrolló a través del trabajo sobre la estructura de los nucleosomas y la modificación de las histonas a lo largo de finales del siglo XX. El mapeo a escala genómica de las características de la cromatina y la transcripción, posibilitado por las tecnologías de secuenciación en la década de 2000, convirtió entonces la regulación génica en un campo genómico y basado en datos.

Key figures

• Jerry Workman
• Michael Snyder
• Mark Gerstein

Seminal works

• li-2007
• encode-2012
• wang-2009

Frequently asked questions

Si todas las células tienen los mismos genes, ¿por qué son diferentes?

Porque regulan la expresión génica de manera diferente: el estado de la cromatina y los factores de transcripción activan o desactivan conjuntos distintos de genes en cada tipo celular, produciendo las diferencias entre, por ejemplo, una neurona y una célula hepática.

¿Qué significa 'estado de la cromatina' para un gen?

Describe cómo el ADN del gen está empaquetado y marcado. La cromatina abierta y permisiva permite que la maquinaria de transcripción alcance el gen, mientras que la cromatina compacta y represiva lo mantiene silenciado.