La traducción promueve la elongación de la transcripción y regula su terminación. El acoplamiento funcional entre la transcripción y la traducción está causado por las interacciones físicas directas entre el ribosoma y la ARN polimerasa («complejo del expresoma»), los cambios dependientes del ribosoma en la estructura secundaria del ARNm naciente que afectan a la actividad de la ARN polimerasa (por ejemplo «atenuación»), y cambios dependientes del ribosoma en la disponibilidad del ARNm naciente para el factor de terminación de la transcripción Rho («polaridad»).
Complejo del expresomaEditar
El expresoma es un complejo supramolecular formado por la ARN polimerasa y un ribosoma de arrastre unidos por un transcrito de ARNm compartido. Se apoya en los factores de transcripción NusG y NusA, que interactúan tanto con la ARN polimerasa como con el ribosoma para acoplar los complejos. Cuando está acoplado por el factor de transcripción NusG, el ribosoma se une al ARNm recién sintetizado y evita la formación de estructuras secundarias que inhiben la transcripción. La formación de un complejo del expresoma también ayuda a la elongación de la transcripción al oponerse el ribosoma de arrastre al retroceso de la ARN polimerasa. Se han determinado modelos tridimensionales de los complejos expresómicos ribosoma-ARN polimerasa mediante crioelectrónica.
La atenuación mediada por ribosomasEditar
La atenuación mediada por ribosomas es un mecanismo de expresión génica en el que una señal de terminación transcripcional es regulada por la traducción. La atenuación se produce al inicio de algunos operones procariotas en secuencias denominadas «atenuadores», que se han identificado en operones que codifican enzimas de biosíntesis de aminoácidos, enzimas de biosíntesis de pirimidina y factores de resistencia a los antibióticos. El atenuador funciona a través de un conjunto de elementos de la secuencia del ARNm que coordinan el estado de la traducción con una señal de terminación de la transcripción:
- Un marco de lectura abierto corto que codifica un «péptido líder»
- Una secuencia de pausa de la transcripción
- Una «región de control»
- Una señal de terminación de la transcripción
Una vez que se ha transcrito el inicio del marco de lectura abierto líder, la ARN polimerasa se detiene debido al plegamiento del ARNm naciente. Esta detención programada de la transcripción da tiempo a que comience la traducción del péptido líder y a que se reanude la transcripción una vez acoplada a la traducción. La «región de control» aguas abajo modula entonces la velocidad de elongación del ribosoma o de la ARN polimerasa. El factor que lo determina depende de la función de los genes aguas abajo (por ejemplo, el operón que codifica las enzimas que participan en la síntesis de histidina contiene una serie de codones de histidina es la región de control). La función de la región de control es modular si la transcripción permanece acoplada a la traducción en función del estado celular (por ejemplo, una baja disponibilidad de histidina ralentiza la traducción y conduce al desacoplamiento, mientras que una alta disponibilidad de histidina permite una traducción eficiente y mantiene el acoplamiento). Por último, se transcribe la secuencia terminadora de la transcripción. El hecho de que la transcripción esté acoplada a la traducción determina que ésta detenga la transcripción. El terminador requiere el plegado del ARNm, y al desenrollar las estructuras del ARNm el ribosoma elige la formación de una de las dos estructuras alternativas: el terminador, o un pliegue competidor denominado «antiterminador».
En el caso de los operones de biosíntesis de aminoácidos, éstos permiten que la maquinaria de expresión génica detecte la abundancia del aminoácido producido por las enzimas codificadas, y ajuste el nivel de expresión génica descendente en consecuencia: la transcripción se produce sólo si la abundancia de aminoácidos es baja y la demanda de las enzimas es, por tanto, alta. Los ejemplos incluyen los operones biosintéticos de histidina (his) y triptófano (trp).
El término «atenuación» se introdujo para describir el operón his. Aunque se suele utilizar para describir operones de biosíntesis de aminoácidos y otros metabolitos, la terminación programada de la transcripción que no se produce al final de un gen se identificó por primera vez en el fago λ. El descubrimiento de la atenuación fue significativo, ya que representaba un mecanismo de regulación distinto de la represión. El operón trp está regulado tanto por la atenuación como por la represión, y fue la primera prueba de que los mecanismos de regulación de la expresión génica pueden solaparse o ser redundantes.
PolaridadEditar
La «polaridad» es un mecanismo de expresión génica en el que la transcripción termina prematuramente debido a una pérdida de acoplamiento entre la transcripción y la traducción. La transcripción supera a la traducción cuando el ribosoma se detiene o encuentra un codón de parada prematuro. Esto permite que el factor de terminación de la transcripción Rho se una al ARNm y termine la síntesis del mismo. En consecuencia, los genes que se encuentran aguas abajo en el operón no se transcriben y, por tanto, no se expresan. La polaridad sirve como control de calidad del ARNm, permitiendo que los transcritos no utilizados se terminen prematuramente, en lugar de sintetizarse y degradarse.
El término «polaridad» se introdujo para describir la observación de que el orden de los genes dentro de un operón es importante: una mutación sin sentido dentro de un gen aguas arriba afecta a la transcripción de los genes aguas abajo. Además, la posición de la mutación sin sentido dentro del gen ascendente modula el «grado de polaridad», con mutaciones sin sentido al principio de los genes ascendentes que ejercen una polaridad más fuerte (mayor reducción de la transcripción) en los genes descendentes.
A diferencia del mecanismo de atenuación, que implica la terminación intrínseca de la transcripción en sitios programados bien definidos, la polaridad es dependiente de Rho y la terminación se produce en una posición variable.