11.1 : Cell Specific Gene Expression

Los organismos multicelulares contienen una variedad de tipos de células estructural y funcionalmente distintos, pero el ADN de todas las células se originó a partir de las mismas células madre. Las diferencias en las células se pueden atribuir a la expresión génica diferencial. Las células hepáticas, cuyas funciones incluyen la desintoxicación de la sangre, la producción de bilis para metabolizar las grasas y la síntesis de proteínas esenciales para el metabolismo, deben expresar un conjunto específico de genes para realizar sus funciones. La expresión génica también varía con las etapas de desarrollo. Antes de la diferenciación en células hepáticas, las células expresan genes implicados en el ciclo celular, la replicación del ADN y la proliferación. Más adelante en el desarrollo, los genes implicados en la diferenciación epitelial y la coagulación de la sangre están altamente expresados. Una vez que las células se diferencian en hepatocitos, aumenta la expresión de genes implicados en las funciones específicas del hígado, como los implicados en el metabolismo de los lípidos y la regulación del colesterol.

La expresión génica puede regularse en muchos puntos, como la transcripción, la traducción, el procesamiento y el transporte del ARN y las modificaciones postraduccionales. Los métodos comunes para regular la expresión son factores que se unen directamente al ADN para regular la transcripción de un gen en particular. La expresión génica en el hígado puede ser regulada por los factores de transcripción C/EBPα, C/EBPβ y el factor nuclear de hepatocitos-1, entre otros. La regulación puede ocurrir antes de la transcripción mediante la alteración de las histonas contenidas en la cromatina. Estas modificaciones dan como resultado el aflojamiento o el endurecimiento de la estructura del ADN, lo que impide o permite respectivamente que los reguladores transcripcionales accedan al ADN. Los diferentes tipos de células tienen diferentes modificaciones covalentes y variantes de histonas, lo que da lugar a la variación en la accesibilidad de los genes.

Las células están sujetas a cambios ambientales y expresan diferentes genes en respuesta a estos estímulos extracelulares. La glucosa es una fuente importante de energía, y a medida que su concentración en el torrente sanguíneo fluctúa, un organismo debe responder con cambios apropiados en la expresión de genes y proteínas. Cuando los niveles de glucosa en sangre disminuyen, el páncreas segrega la hormona glucagón. Esta hormona envía una señal al hígado para iniciar la producción de fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK), una proteína necesaria para producir glucosa a partir de precursores no carbohidratados. El glucagón induce la transcripción de este gen estimulando indirectamente los factores de transcripción C/EBPα y C/EBPβ para que se unan al promotor de PEPCK. Cuando los niveles de glucosa en sangre son altos, el páncreas segrega la hormona insulina; el gen PEPCK tiene una secuencia que responde a la insulina que inhibe su transcripción.