La activación génica en versión tridimensional

Una de las claves de la vida es cómo los genes transmiten la información necesaria para la síntesis de proteínas, las piezas que construyen y realizan la mayoría de las funciones en los todos los seres vivos. En la transmisión de esta información es fundamental la proteína RNA polimerasa, que se une a unas regiones específicas de los genes para iniciar la transcripción de DNA en RNA para producir las proteínas necesarias en cada momento.

Investigadores del IRB Barcelona han utilizado la bacteria Escherichia coli para estudiar la unión de la RNA polimerasa a genes que se activan en momentos determinados y que requieren una regulación más compleja que los genes activados permanentemente en las células. El trabajo, liderado por Miquel Coll, jefe del Programa de Biología Estructural y Computacional del IRB Barcelona e investigador del CSIC, demuestra que la unión de la RNA polimerasa a estos genes necesita de otras proteínas que estabilizan los contactos con el DNA para favorecer la transcripción, el primer paso en la producción de proteínas.

Cristales para entender cómo funcionan las células

En genes que se activan constantemente, la RNA polimerasa reconoce unas regiones específicas –las llamadas regiones promotoras- del DNA sin necesidad de intermediarios. Este no es el caso de los genes cuya activación depende de las condiciones en las que se encuentran las células. En este trabajo los científicos han utilizado aproximaciones estructurales para estudiar la activación de los genes del regulón pho, que se activan sólo cuando las células necesitan incorporar fosfato para sobrevivir.

Mediante técnicas cristalográficas (formación de cristales y posterior difracción de rayos X utilizando el sincrotrón ESRF, por European Synchrotron Radiation Facility, de Grenoble) los científicos han obtenido la estructura tridimensional de una parte del complejo de proteínas necesario para la activación de los genes del regulón pho. Esta estructura demuestra que la RNA polimerasa se une a otra proteína, el activador transcripcional PhoB, que a su vez está unido al DNA en la región promotora. Indirectamente, esto incrementa el número de puntos contactos de la RNA polimerasa con el DNA, estabilizando el complejo y permitiendo el inicio de la transcripción. La estructura obtenida muestra también que la RNA polimerasa cambia de forma al unirse a la región promotora de estos genes. “El activador PhoB, además de facilitar el inicio de la transcripción reclutando la RNA polimerasa, provoca un movimiento en una de las subunidades de la polimerasa, abriendo el canal de salida del RNA naciente, facilitando así el transcurso de la transcripción”, explica Coll.

La cristalografía puede ser una herramienta muy informativa para el estudio de la transcripción, ya que permite ‘ver’ la posición de los átomos y de las moléculas que participan en los distintos estadíos de este proceso. Según Coll, “La mayor dificultad de estas aproximaciones radica en la preparación de los complejos de proteínas y DNA, y en su cristalización”.

Artículo de referencia:
The Structure of a Transcription Activation Sub-Complex Reveals How σ70 is Recruited to PhoB Promoters
Alexandre G Blanco, Albert Canals, Jordi Bernués, Maria Solà and Miquel Coll
EMBO Journal (doi: 0.1038/emboj.2011.271)