Promotor (genética)

En las células, toda la información necesaria para construir proteínas está almacenada en el ADN. Sin embargo, esta información debe ser leída y copiada a través de un proceso llamado transcripción, donde la información contenida en una sección específica del ADN se convierte en una molécula de ARN que puede ser utilizada por la célula. Para que este proceso ocurra correctamente, las células necesitan una especie de "señal de inicio" ubicada justo antes de la región que contiene las instrucciones. Esta señal se llama promotor, y es esencialmente una región de ADN que funciona como punto de encuentro donde se reúnen las moléculas encargadas de hacer la lectura del ADN. Podría compararse con las señales de tránsito que indican a los conductores dónde comienza una calle importante.^[1][2]

Estructura y función general

Se muestra el proceso de transcripción en el que un segmento de ADN es transcrito a ARN por la enzima ARN polimerasa. La hebra molde de ADN se utiliza para sintetizar una cadena de ARN complementaria en dirección 5' a 3'.^[3]

A nivel molecular, un promotor es una región de ADN con secuencias de nucleótidos muy específicas, localizadas generalmente antes del punto donde comienza la transcripción. Esta región actúa como elemento regulador que controla si un gen será transcrito o no, y es el lugar donde se une la ARN polimerasa, la enzima encargada de sintetizar el ARN a partir de la cadena molde de ADN. La eficiencia con la que se produce esta unión determina qué tan activo es un gen en particular. Es importante destacar que el promotor no es transcrito; su función es únicamente dirigir y facilitar el reconocimiento y la unión de maquinaria transcripcional específica.^[4][2]

La posición y orientación del promotor dentro del ADN determinan cuál de las dos hebras del ADN actuará como molde para la síntesis del ARN. Los promotores están presentes tanto en procariotas como en eucariotas, aunque sus estructuras y mecanismos de regulación difieren considerablemente entre estos dos tipos de organismos.^[4]

En los procariotas

Estructura promotora en bacterias

Se muestra un promotor generalizado de un gen transcrito por la ARN polimerasa en procariotas. El factor sigma reconoce el promotor. Luego, la ARN polimerasa se une y forma el complejo de iniciación de la transcripción.^[3]

En los procariotas, los promotores bacterianos generalmente contienen dos regiones conservadas de secuencias específicas que son cruciales para el reconocimiento y unión de la ARN polimerasa. La primera región, ubicada aproximadamente 10 pares de bases antes del sitio de inicio de la transcripción (+1), se conoce como la caja Pribnow o elemento -10, y típicamente contiene la secuencia consenso TATAAT. Esta región es la más altamente conservada y esencial para que la ARN polimerasa reconozca el promotor.^{[5] [6]}La segunda región, localizada alrededor de 35 pares de bases antes del inicio de la transcripción, se denomina caja -35 y generalmente presenta la secuencia consenso TTGACA. El espaciado entre estas dos regiones es crítico para la función promotora eficiente.^[5][7][8]

Mecanismo de iniciación transcripcional

En bacterias, la ARN polimerasa bacteriana está compuesta por una enzima central y un factor sigma que otorga especificidad de promotor. El factor sigma, particularmente el factor sigma-70 en Escherichia coli, se une específicamente a las regiones conservadas del promotor (cajas -10 y -35).^[9] Una vez que el factor sigma-holoenzima (la ARN polimerasa completa) se une al promotor, facilita la apertura local de la doble hélice de ADN, transformando el complejo de unión cerrado (RP_c) en un complejo abierto competente para la transcripción (RP_o). Esta transición es esencial para exponer la cadena molde de ADN y permitir que comience la síntesis de ARN.^[4][10]

Regulación en procariotas

Muchos promotores bacterianos requieren proteínas reguladoras adicionales, conocidas como factores de transcripción o proteínas activadoras, para que la ARN polimerasa pueda unirse eficientemente al promotor y activar la transcripción. Estas proteínas pueden actuar como activadores o represores, modulando la expresión génica en respuesta a cambios en el ambiente celular. Por ejemplo, en el operón lac de E. coli, la proteína CRP-AMPc actúa como activador cuando la glucosa es escasa, aumentando la afinidad de la ARN polimerasa por el promotor lac.^[7]

En los eucariotas

Se muestra un promotor generalizado de un gen transcrito por la ARN polimerasa II. Los factores de transcripción reconocen el promotor. Luego, la ARN polimerasa II se une y forma el complejo de iniciación de la transcripción.^[3]

Complejidad de la transcripción eucariota

A diferencia de los procariotas, los eucariotas tienen tres tipos distintos de ARN polimerasa (RNA Pol I, II y III), cada una responsable de transcribir diferentes clases de genes.^[11] Esta diversidad funcional requiere que cada ARN polimerasa reconozca secuencias de promotores específicas y diferentes elementos reguladores. La transcripción en eucariotas es considerablemente más compleja que en procariotas, involucrando múltiples capas de regulación incluyendo modificaciones epigenéticas, posicionamiento de nucleosomas y la acción de diversos factores de transcripción específicos.^[12]

Estructura del promotor eucariota

Los promotores eucariota clásicos para genes transcritos por la ARN polimerasa II contienen varios elementos característicos. El más prominente es la caja TATA, una secuencia de nucleótidos (típicamente TATAAA) ubicada aproximadamente 25 a 30 pares de bases antes del sitio de inicio de la transcripción.^[11] Sin embargo, no todos los genes eucariotas poseen una caja TATA claramente identificable. Otros elementos comúnmente encontrados en promotores eucariotas incluyen la caja CAAT (con secuencia consenso GGCCAATCT) y la caja GC (con secuencia GGGCGG), que pueden estar localizadas a varias cientos de pares de bases del sitio de inicio de la transcripción. Estos elementos actúan como sitios de unión para factores de transcripción específicos que facilitan o inhiben la transcripción.^[13]

Factores generales de transcripción eucariotas

La transcripción en eucariotas requiere la acción coordinada de múltiples factores generales de transcripción (GTFs, por sus siglas en inglés) que se ensamblan en el complejo de pre-iniciación (PIC, por sus siglas en inglés). El factor TFIID es el factor general de transcripción más importante y es responsable del reconocimiento inicial del promotor eucariota. TFIID consiste en la proteína de unión a la caja TATA (TBP, por sus siglas en inglés) y aproximadamente 15 factores asociados a TBP (TAF1 a TAF15), con algunos TAFs presentes en dos copias. La TBP dentro de TFIID se une específicamente a la caja TATA, facilitando la curvatura del ADN y la nucleación del complejo de pre-iniciación.^[14][15][13]

Después del reconocimiento del promotor por TFIID, otros factores generales de transcripción como TFIIA, TFIIB, TFIIE, TFIIF y TFIIH se reclutan secuencialmente para formar el complejo de pre-iniciación.^[16] TFIIB juega un papel particularmente importante en estabilizar la unión de TFIID al promotor y en dirigir el reclutamiento de la ARN polimerasa II al sitio de inicio de la transcripción. Este proceso complejo asegura la iniciación precisa de la transcripción en el sitio correcto y permite la regulación refinada de la expresión génica.^[17][14]

Elementos reguladores distales

Los eucariotas también poseen elementos reguladores situados a grandes distancias del promotor, tales como enhancers (potenciadores) y silencers (silenciadores), que pueden estar ubicados miles de pares de bases antes o después del gen.^[18][19] Los enhancers aumentan la frecuencia de iniciación transcripcional, mientras que los silencers la disminuyen. Estos elementos funcionan mediante la unión de proteínas reguladoras específicas que interactúan a través del ADN con el promotor, formando bucles de cromatina que traen factores de transcripción localmente para modular la actividad del promotor.^[1][2]

Mutaciones en promotores y enfermedades

Las mutaciones en secuencias promotoras pueden alterar significativamente la eficiencia de la transcripción y han sido asociadas con diversas enfermedades hereditarias. Por ejemplo, mutaciones en el promotor del gen CFTR están implicadas en algunos casos de fibrosis quística, donde la reducción en la expresión de la proteína CFTR afecta la función de canales de cloro en las células epiteliales.^[20][21] De manera similar, mutaciones promotoras en genes de resistencia a antibióticos, como el gen ampC en E. coli, pueden aumentar dramáticamente la expresión de enzimas que confieren resistencia, alcanzando aumentos de hasta 6 veces la actividad promotora normal.^[8][22] Comprender cómo las mutaciones afectan los promotores es crucial para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades genéticas o incluso del cáncer.^[23]