Aislante (genética) - Insulator (genetics)
Un aislante es un tipo de elemento cis-regulador conocido como uno de largo alcance elemento regulador . Encontrado en eucariotas multicelulares y trabajando a distancias del elemento promotor del gen diana, un aislante es típicamente de 300 pb a 2000 pb de longitud. Los aislantes contienen sitios de unión agrupados para proteínas de unión a ADN específicas de secuencia y median interacciones intra e intercromosómicas .
Los aislantes funcionan como un reforzador- bloqueador o una barrera, o ambos. Los mecanismos por los que un aislante realiza estas dos funciones incluyen la formación de bucles y modificaciones de nucleosomas . Hay muchos ejemplos de aisladores, incluido el aislante CTCF , el aislante gitano y el locus de la β-globina . El aislante CTCF es especialmente importante en vertebrados , mientras que el aislante gitano está implicado en Drosophila . El locus de la β-globina se estudió primero en pollos y luego en humanos por su actividad aislante, los cuales utilizan CTCF.
Las implicaciones genéticas de los aislantes radican en su participación en un mecanismo de impronta y su capacidad para regular la transcripción . Las mutaciones en los aislantes están relacionadas con el cáncer como resultado de la desregulación del ciclo celular , la tumorigénesis y el silenciamiento de los supresores del crecimiento.
Función
Los aisladores tienen dos funciones principales:
- Los aisladores que bloquean el potenciador evitan que los potenciadores distales actúen sobre el promotor de genes vecinos.
- Los aisladores de barrera evitan el silenciamiento de la eucromatina por la propagación de la heterocromatina vecina
Mientras que el bloqueo del potenciador se clasifica como una interacción intercromosómica, actuar como barrera se clasifica como una interacción intracromosómica. La necesidad de aislantes surge cuando dos genes adyacentes en un cromosoma tienen patrones de transcripción muy diferentes ; es fundamental que los mecanismos de inducción o represión de uno no interfieran con el gen vecino. También se ha encontrado que los aislantes se agrupan en los límites de los dominios de asociación topológica (TAD) y pueden tener un papel en la partición del genoma en "vecindades cromosómicas", regiones genómicas dentro de las cuales ocurre la regulación.
Algunos aislantes pueden actuar tanto como bloqueadores potenciadores como barreras, y algunos solo tienen una de las dos funciones. Algunos ejemplos de diferentes aisladores son:
- Aisladores de Drosophila melanogaster gypsy y scs scs son aislantes bloqueadores de potenciadores
- Gallus gallus tiene aislantes, Lys 5 'A que tienen actividad tanto de bloqueo del potenciador como de barrera, así como HS4 que solo tiene actividad de bloqueo del potenciador
- Los aisladores de Saccharomyces cerevisiae STAR y UAS rpg son aisladores de barrera
- El aislante de Homo sapiens HS5 actúa como un reforzador-bloqueador
Mecanismo de acción
Aisladores de bloqueo reforzador
Mecanismo de acción similar para los aislantes bloqueadores de potenciadores; Los dominios de bucle de cromatina se forman en el núcleo que separa el potenciador y el promotor de un gen diana. Los dominios de bucle se forman a través de la interacción entre los elementos bloqueadores del potenciador que interactúan entre sí o aseguran la fibra de cromatina a los elementos estructurales dentro del núcleo . La acción de estos aislantes depende de su posición entre el promotor del gen diana y el potenciador corriente arriba o corriente abajo. La forma específica en que los aisladores bloquean los potenciadores depende del modo de acción de los potenciadores. Los potenciadores pueden interactuar directamente con sus promotores diana a través del bucle (modelo de contacto directo), en cuyo caso un aislante evita esta interacción mediante la formación de un dominio de bucle que separa los sitios potenciador y promotor y evita que se forme el lazo promotor-potenciador. Un potenciador también puede actuar sobre un promotor a través de una señal (modelo de seguimiento de la acción del potenciador). Esta señal puede ser bloqueada por un aislante mediante el direccionamiento de un complejo de nucleoproteína en la base de la formación del bucle.
Aisladores de barrera
La actividad de barrera se ha relacionado con la interrupción de procesos específicos en la vía de formación de heterocromatina. Estos tipos de aislantes modifican el sustrato nucleosómico en el ciclo de reacción que es fundamental para la formación de heterocromatina. Las modificaciones se logran a través de varios mecanismos, incluida la eliminación de nucleosomas , en los que los elementos que excluyen el nucleosoma interrumpen la propagación y el silenciamiento de la heterocromatina (silenciamiento mediado por cromatina). La modificación también puede realizarse mediante el reclutamiento de histonas acetiltransferasas y complejos de remodelación de nucleosomas dependientes de ATP.
Aislante CTCF
El aislante CTCF parece tener actividad de bloqueo de potenciador a través de su estructura 3D y no tiene conexión directa con la actividad de barrera. Los vertebrados, en particular, parecen depender en gran medida del aislante CTCF, sin embargo, se han identificado muchas secuencias de aisladores diferentes. Los vecindarios aislados formados por la interacción física entre dos loci de ADN unidos a CTCF contienen las interacciones entre los potenciadores y sus genes diana.
Regulación
Un mecanismo de regulación de CTCF es mediante la metilación de su secuencia de ADN . Se sabe que la proteína CTCF se une favorablemente a sitios no metilados, por lo que se deduce que la metilación de las islas CpG es un punto de regulación epigenética . Un ejemplo de esto se ve en el locus impreso de Igf2-H19 donde la metilación de la región de control impresa paterna (ICR) evita la unión de CTCF. Un segundo mecanismo de regulación es a través de la regulación de proteínas que son necesarias para que los aislantes CTCF funcionen plenamente. Estas proteínas incluyen, pero no se limitan a , cohesina , ARN polimerasa y CP190.
aislante gitano
El elemento aislante que se encuentra en el retrotransposón gitano de Drosophila es una de varias secuencias que se han estudiado en detalle. El aislante gitano se puede encontrar en la región 5 ' no traducida (UTR) del elemento retrotransposón . Gypsy afecta la expresión de genes adyacentes a la espera de la inserción en una nueva ubicación genómica , lo que provoca fenotipos mutantes que son específicos de tejido y están presentes en determinadas etapas del desarrollo. Es probable que el aislante tenga un efecto inhibidor sobre los potenciadores que controlan la expresión espacial y temporal del gen afectado.
locus de la β-globina
Los primeros ejemplos de aislantes en vertebrados se observaron en el locus de β-globina de pollo, cHS4 . cHS4 marca el límite entre la eucromatina activa en el locus de β-globina y la región de heterocromatina aguas arriba que está altamente condensada e inactiva. El aislante cHS4 actúa como una barrera para el silenciamiento mediado por cromatina a través de la propagación de heterocromatina y bloquea las interacciones entre potenciadores y promotores. Una característica distintiva de cHS4 es que tiene una región heterocromática repetitiva en su extremo 5 '.
El homólogo del locus de β-globina humana de cHS4 es HS5 . A diferencia del locus de β-globina de pollo, el locus de β-globina humana tiene una estructura de cromatina abierta y no está flanqueado por una región heterocromática 5 '. Se cree que HS5 es un aislante genético in vivo, ya que tiene actividad bloqueadora del potenciador y actividades de barrera transgénica.
El CTCF se caracterizó por primera vez por su papel en la regulación de la expresión del gen de la β-globina. En este locus, CTCF funciona como una proteína de unión a aislante que forma un límite cromosómico. El CTCF está presente tanto en el locus de β-globina de pollo como en el locus de β-globina humana. Dentro de cHS4 del locus de β-globina de pollo, CTCF se une a una región (FII) que es responsable de la actividad de bloqueo del potenciador.
Implicaciones genéticas
Impresión
La capacidad de los potenciadores para activar genes impresos depende de la presencia de un aislante en el alelo no metilado entre los dos genes. Un ejemplo de esto es el locus impreso Igf2-H19 . En este locus, la proteína CTCF regula la expresión impresa uniéndose a la región de control impresa materna no metilada (ICR) pero no a la ICR paterna. Cuando se une a la secuencia materna no metilada, el CTCF bloquea eficazmente los elementos potenciadores posteriores para que no interaccionen con el promotor del gen Igf2 , dejando solo el gen H19 para expresarse .
Transcripción
Cuando las secuencias aislantes están ubicadas muy cerca del promotor de un gen, se ha sugerido que podrían servir para estabilizar las interacciones potenciador-promotor. Cuando se encuentran más lejos del promotor, los elementos aislantes competirían con el potenciador e interferirían con la activación de la transcripción . La formación de bucles es común en eucariotas para acercar los elementos distales (potenciadores, promotores, regiones de control de locus ) para la interacción durante la transcripción. El mecanismo de los aisladores que bloquean el potenciador, entonces, si está en la posición correcta, podría desempeñar un papel en la regulación de la activación de la transcripción.
Mutaciones y cáncer
Los aislantes CTCF afectan la expresión de genes implicados en los procesos de regulación del ciclo celular que son importantes para el crecimiento celular , la diferenciación celular y la muerte celular programada ( apoptosis ). Dos de estos genes de regulación del ciclo celular que se sabe que interactúan con CTCF son hTERT y C-MYC. En estos casos, una mutación de pérdida de función en el gen aislante CTCF cambia los patrones de expresión y puede afectar la interacción entre el crecimiento celular, la diferenciación y la apoptosis y conducir a la tumorigénesis u otros problemas.
El CTCF también es necesario para la expresión del gen del retinoblastoma (Rb) represor de tumores y las mutaciones y deleciones de este gen están asociadas con neoplasias malignas heredadas . Cuando se elimina el sitio de unión de CTCF, la expresión de Rb disminuye y los tumores pueden prosperar.
Otros genes que codifican reguladores del ciclo celular incluyen BRCA1 y p53 , que son supresores del crecimiento silenciados en muchos tipos de cáncer y cuya expresión está controlada por CTCF. La pérdida de función de CTCF en estos genes conduce al silenciamiento del supresor del crecimiento y contribuye a la formación de cáncer.
Referencias
enlaces externos
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