Control Postranscripcional y Postraduccional

La expresión génica continúa regulándose después de la transcripción del ARN y después de la síntesis de proteínas. El control postranscripcional da forma al procesamiento, transporte y destino del ARN, mientras que el control postraduccional modifica, localiza y degrada la proteína terminada, ajustando así la identidad y cantidad de productos génicos funcionales más allá de lo que la transcripción por sí sola determina.

Definition

El control postranscripcional y postraduccional comprende los procesos reguladores que actúan sobre el ARN después de la transcripción (procesamiento, modificación, estabilidad y traducción) y sobre las proteínas después de la síntesis (modificación covalente, localización y degradación) para determinar el complemento final de productos génicos activos.

Scope

Este tema abarca eventos postranscripcionales como el empalme alternativo, la edición de ARN, la acción de las proteínas de unión a ARN y los pequeños ARN reguladores, y eventos postraduccionales que incluyen la modificación covalente de proteínas (notablemente la fosforilación) y la degradación regulada de proteínas a través del sistema ubiquitina-proteasoma. Es un tema molecular mecanicista y no una guía clínica.

Core questions

• ¿Cómo un gen da lugar a varios productos proteicos diferentes?
• ¿Cómo se activa o desactiva la actividad de una proteína después de su síntesis?
• ¿Cómo elimina rápidamente la célula las proteínas que ya no son necesarias?
• ¿Cómo las proteínas de unión a ARN y los ARN pequeños dan forma al destino de los transcritos?

Key concepts

• Empalme alternativo
• Edición de ARN y modificación química del ARN
• Proteínas de unión a ARN
• Regulación por microARN
• Fosforilación de proteínas y otras modificaciones covalentes
• Degradación por ubiquitina-proteasoma
• Localización regulada de proteínas

Mechanisms

Después de la transcripción, un transcrito primario se procesa y puede empalmarse de formas alternativas para producir ARN mensajeros distintos, expandiendo el repertorio de proteínas a partir de un solo gen; la edición y modificación del ARN diversifican aún más los transcritos. Las proteínas de unión a ARN, que reconocen características de secuencia y estructurales a través de dominios modulares, gobiernan el empalme, el transporte, la localización, la estabilidad y la traducción, y los ARN pequeños, como los microARN, reprimen los transcritos diana. Una vez sintetizada una proteína, su función se regula postraduccionalmente: las modificaciones covalentes reversibles, de las cuales la fosforilación por la gran familia de proteínas quinasas es la más extendida, cambian la actividad, las interacciones o la localización. La abundancia de proteínas también se controla mediante la destrucción regulada: el marcado de proteínas con ubiquitina las señala para su degradación por el proteasoma, lo que proporciona un medio rápido y selectivo para terminar la acción de una proteína. Juntos, estos mecanismos determinan qué productos génicos están presentes, en qué forma y durante cuánto tiempo.

Clinical relevance

Los defectos en el empalme, en la modificación de proteínas y en el sistema ubiquitina-proteasoma están implicados en numerosas enfermedades, y estos mecanismos son fundamentales para cómo las células controlan la señalización y la calidad de las proteínas. Esta entrada es información educativa y no constituye una base para decisiones diagnósticas o de tratamiento individuales.

History

A lo largo de finales del siglo XX, se demostró que la expresión génica se controlaba mucho más allá de la transcripción: se descubrió que el empalme alternativo diversificaba las proteínas a partir de genes individuales, el sistema ubiquitina-proteasoma (trabajo reconocido con el Premio Nobel de Química de 2004) fue caracterizado por Hershko y Ciechanover, y la fosforilación de proteínas surgió como una modificación reguladora dominante. Estudios a escala genómica como el catálogo del kinoma humano de Manning y sus colegas (2002), revisiones de proteínas de unión a ARN y el descubrimiento de la regulación por microARN ampliaron el panorama postranscripcional y postraduccional.

Key figures

• Aaron Ciechanover
• Avram Hershko
• Tony Hunter
• David Bartel

Seminal works

• hershko-ciechanover-1998
• manning-2002
• bartel-2009

Frequently asked questions

¿Cómo puede un gen producir más de una proteína?

El empalme alternativo puede unir los exones del gen en diferentes combinaciones, y la edición y modificación del ARN añaden una mayor variación, por lo que un solo gen puede producir varios ARN mensajeros y productos proteicos distintos.

¿Cómo se controla la actividad de una proteína después de su síntesis?

A través de mecanismos postraduccionales como la modificación covalente reversible (por ejemplo, la fosforilación), los cambios en la localización y la degradación regulada por el sistema ubiquitina-proteasoma.