domingo, 6 de marzo de 2011

Modelo de activación de la transcripción por receptor de glucocorticoides

Las hormonas son moléculas liberadas a la sangre (secreción endocrina) y transportadas a células diana lejanas, donde tienen un efecto, tras minutos u horas, actuando a concentración muy baja. Su presencia provoca generalmente la transcripción de algún gen con una respuesta primaria, o puede transcribir genes cuyo producto active o inhiba a otros genes, respuesta secundaria.

La transcripción es el mecanismo bioquímico mediante el cual un gen (DNA) se transcribe a una molécula de RNA con potencialidad para realizar una función (tras modificación o sin ella) o entrar en los ribosomas y traducirse a proteínas de acuerdo a la información genética, para realizar una función. La transcripción es llevado a cabo por la enzima RNA polimerasa. En eucariotas existen tres RNA polimerasas fundamentalmente, ahora nos interesa la RNApol II que es responsable, entre otras, de transcribir los genes que codifican para proteínas.

Los promotores de los genes transcritos por la RNApol II tienen diferentes elementos de regulación, que son secuencias del genoma, donde se unen proteínas y regulan la transcripción. Así existen elementos basales (que unen la maquinaria basal de la RNApol II y los factores generales TFIIs, se encuentran a -50 nucleótidos aprox. de la secuencia del gen), elementos proximales (se encuentran a -50 a -300 nucleótidos aprox. de la secuencia del gen, y son ubicuos o específicos de tejido o de situación y controlan la expresión del gen, así ligan ciertas proteínas) y los elementos distales (como enhancers o silencers, desde -300 a 1 MB, son ubicuos o específicos de tejido o de situación, estimulan o diminuyen el nivel de transcripción del gen).  Los factores de transcripción son proteínas que se unen de modo específico a secuencias del DNA y modulan la eficiencia de transcripción. Tienen básicamente: un dominio de unión al DNA y otro de activación. Hay diferentes tipos de factores de transcripción, en función del dominio de unión al DNA. Los tipos de factores de transcripción son dominio hélice-giro-hélice, dominio cremallera de leucinas, dominio hélice-lazo-hélice y dominio de dedos de Zn.

Los receptores de hormonas tanto esteroideas como no esteroideas son factores de transcripción con dominio de dedos de Zn para unirse al DNA. Estos factores de transcripción tienen en general un dominio de unión al ligando hormonal, un dominio de unión al DNA (de dedo de Zn) y un dominio de activación. 


Los glucocorticoides son hormonas esteroideas y por tanto derivadas del colesterol. Al ser una hormona hidrófoba es capaz de atravesar por difusión simple la membrana plasmática y tienen su receptor en el citoplasma. Una vez entra la hormona al citoplasma, se une al factor de transcripción por su dominio de unión de ligando de glucocorticoides y se transloca al núcleo donde se unirá al DNA en una secuencia específica del promotor del gen diana. Experimentalmente, se ha demostrado que el dominio de unión a hormona del receptor de glucocorticoides media su translocación al núcleo en presencia de la hormona. Así, a grandes rasgos, el experimento que se diseñó fue ir delecionando los diferentes dominios hasta encontrar cual era el responsable de translocar el factor de transcripción de glucocorticoides al núcleo para activar la transcripción de ciertos genes diana. Primero se modificó el gen que tenía información para el receptor de glucocorticoides (factor de transcripción) y se le añadió un gen testigo como el de la β-galactosidasa, es decir, un gen que codificase para una proteína señal, de modo que nos mostrara donde se encontraba en la célula nuestro receptor de glucocorticoides en todo momento del experimento. Y a partir de ahí se obtuvieron los siguientes resultados:


El gen testigo de la beta-galactosidasa aparece en estas células con una coloración blanquecina en las células, es decir, donde no haya color blanco es que no está la beta-galactosidasa, ni ella ni la proteína a la que está unida. El 1A, 1B y 1C son los  controles del experimento, se observa por tanto, que sin la presencia de glucocorticoides, en todos los casos, el factor de transcripción no llega nunca al núcleo (aspecto esférico sin color blanquecino), y se queda en el citoplasma color blanquecino. El 2A es otro control de referencia, sólo se sintetiza la beta-galactosidasa sin el receptor de glucocorticoides, y ocurre lo que se espera, que aunque haya en el medio la hormona, no aparece en el núcleo el color blanquecino.  El 2B, también ocurre lo que esperaríamos, la proteína expresada tiene 4 dominios, uno testigo de la beta-galactosidasa, y los otros 3, típicos del receptor de glucocorticoides. Como el núcleo aparece blanquecino junto con todo el citoplasma, se está translocando el factor de transcripción al núcleo.  Finalmente se diseña un último caso que tienen como objetivo determinar cual es el dominio esencial para la translocación del factor de transcripción al núcleo. Este es el 2C, en el cual, se sintetiza la proteína con sólo el dominio de unión a la hormona y la proteína testigo, y ocurre, que al suministrarle la hormona de glucocorticoides sigue translocándose al núcleo. Por tanto podemos concluir que en la translocación del receptor de glucocorticoides al núcleo, es esencial el dominio de unión a la hormona, y que si lo elimináramos, no se produciría.

Con todos los datos ya conocidos se generó un modelo de explicación de cómo se activaba la transcripción por el receptor de glucocorticoides:


En el esquema observamos unas proteínas Hsp 90, que están unidas al dominio de unión a la hormona cuando el receptor de glucocorticoides está inactivo (en ausencia de hormona). Cuando la hormona se une con el dominio de unión a glucocorticoides, se produce un cambio conformacional en ese dominio, y provoca la escisión de las Hsp 90, y el receptor de glucocorticoides se transloca al núcleo, donde el dominio de activación se encargará finalmente de activar las transcripción del genes diana.

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