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Articulo de referencia

Caja CAAT

El modelo de la izquierda corresponde al complejo NF-YC/NF-YB con el elemento CCAAT del promotor del colágeno pro-2(I). La estructura del ADN se muestra como cintas (púrpura) co...

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El modelo de la izquierda corresponde al complejo NF-YC/NF-YB con el elemento CCAAT del promotor del colágeno pro-2(I). La estructura del ADN se muestra como cintas (púrpura) con las bases visibles. Las dos posibles ubicaciones de la caja CCAAT, según el modelado, se han coloreado de cian. Para el modelo de la derecha del complejo NF-Y/CCAAT, NF-YC, NF-YB y el ADN están coloreados como en la figura de la izquierda, mientras que NF-YA está coloreado de azul. Las dos posiciones alternativas para el enlazador que conecta los subdominios NF-YA1 y NF-YA2 se muestran como líneas punteadas azules. Los elementos de estructura secundaria del par de histonas implicados en el reconocimiento de NF-YA1 y NF-YA2 (véase el texto) están etiquetados y coloreados de rojo y gris, respectivamente. Para mayor claridad, solo se muestran y etiquetan las bases del pentanucleótido CCAAT. [ 1 ]

En biología molecular , una caja CCAAT (también abreviada como caja CAAT o caja CAT ) es un patrón distintivo de nucleótidos con la secuencia consenso GGCCAATCT que se encuentra entre 60 y 100 bases río arriba del sitio de transcripción inicial . La caja CAAT señala el sitio de unión para el factor de transcripción de ARN y suele ir acompañada de una secuencia consenso conservada . Es una secuencia de ADN invariante ubicada aproximadamente a -70 pares de bases del origen de transcripción en muchos promotores eucariotas . Los genes que poseen este elemento parecen requerirlo para que el gen se transcriba en cantidades suficientes. Con frecuencia está ausente en genes que codifican proteínas utilizadas en prácticamente todas las células. Esta caja, junto con la caja GC, es conocida por unirse a factores de transcripción generales. Ambas secuencias consenso pertenecen al promotor regulador . La expresión génica completa ocurre cuando las proteínas activadoras de la transcripción se unen a cada módulo dentro del promotor regulador. La unión específica de proteínas es necesaria para la activación de la caja CCAAT. Estas proteínas se conocen como proteínas de unión a la caja CCAAT o factores de unión a la caja CCAAT.

Una caja CCAAT es una característica que se encuentra frecuentemente antes de las regiones codificantes eucariotas, pero no se encuentra en procariotas. [ 2 ]

Secuencia de consenso

En la dirección de transcripción de la hebra molde, la secuencia consenso , o el orden calculado de los residuos más frecuentes, para la caja CAAT fue 3'-TG ATTGG (T/C)(T/C)(A/G)-5'. El uso de paréntesis denota que cualquiera de las bases está presente, pero no se especifican sus frecuencias relativas. Por ejemplo, "(T/C)" significaría que se selecciona preferentemente timina o citosina. [ 3 ] Dentro de los metazoos (reino animal), el complejo factor de unión central (CBF)-ADN mantiene un alto grado de conservación dentro del motivo de unión CCAAT, así como las secuencias que flanquean este motivo pentamérico. El motivo CCAAT en plantas (se usó espinaca en un experimento) difiere ligeramente del de los metazoos en que en realidad es un motivo de unión CAAT; el promotor carece de uno de los dos residuos C del motivo pentamérico, y la adición artificial del segundo C no tiene efectos significativos en la actividad de unión. Algunas secuencias carecen por completo de la caja CAAT. En segundo lugar, los nucleótidos circundantes en las plantas no coinciden con la secuencia consenso determinada anteriormente por Bi et al. [ 4 ].

promotor principal

La caja CAAT, también conocida como promotor central, promotor basal o simplemente promotor , es una región de ADN que inicia la transcripción de un gen específico. Esta región, en particular la caja CAAT, se encuentra aproximadamente entre 60 y 100 bases río arriba (hacia el extremo 5'), pero a no menos de 27 pares de bases de distancia del sitio de transcripción inicial de un gen eucariota, donde un complejo de factores de transcripción generales se une a la ARN polimerasa II antes del inicio de la transcripción. [ 5 ] [ 6 ] Es esencial para la transcripción que estos factores de unión centrales (también denominados factor nuclear Y o NF-Y) puedan unirse al motivo CCAAT. Experimentos realizados en numerosos laboratorios han demostrado que las mutaciones en el motivo CCAAT que provocan la pérdida de la unión de CBF también disminuyen la actividad transcripcional en estos promotores, lo que sugiere que los complejos CBF-CCAAT son esenciales para una actividad transcripcional óptima. [ 3 ]

Vinculante

En un experimento realizado con factores de unión centrales (CBF) y complejos de ADN, los investigadores pudieron determinar las secuencias preferenciales del promotor en una región sobre y adyacente a la caja CAAT, y dos regiones a cada lado de la caja CAAT. Mediante el uso del proceso de selección de unión aleatoria mediada por PCR , los investigadores pudieron demostrar que la secuencia "3' - (T/C)G ATTGG (T/C)(T/C)(A/G) - 5'" inmediatamente flanqueando la región ATTGG (CCAAT en la hebra complementaria) fue seleccionada preferentemente en la hebra codificante (opuesta a la hebra molde). [ 3 ] [ 7 ] [ 8 ] Esto se demostró utilizando una secuencia de oligonucleótidos (R1) que contenía 27 nucleótidos aleatorios, flanqueados por una secuencia definida de 20 nucleótidos a cada lado. Si bien ningún nucleótido individual fue seleccionado en cada clon a cada lado del motivo ATTGG (CCAAT en la hebra complementaria), hubo varios nucleótidos en posiciones seleccionadas con alta frecuencia. Lo más destacable de la secuencia anterior fue el residuo G hacia el extremo 5' del ATTGG. Los demás residuos también fueron notables, pero hay una división entre dos residuos. Este mismo experimento también produjo la misma secuencia que se muestra arriba cuando se utilizó un oligonucleótido diferente (R2) que contenía un núcleo ATTGG y estaba flanqueado por 12 nucleótidos aleatorios 5' y 10 nucleótidos aleatorios 3'. Ambas secuencias son muy similares y se confirmaron en múltiples experimentos. Para las secuencias que flanqueaban el motivo ATTGG con dos residuos de adenina (AA) en su extremo 5' y G(A/G) en su extremo 3', parece haber inhibido la formación del complejo CBF-ADN y, posteriormente, ocurrió solo en el 1% de las secuencias promotoras. [ 3 ] En otro experimento realizado con el promotor principal tardío (MLP) de adenovirus de diversas especies hospedadoras, se demostró que la mutación de la caja CAAT y la secuencia CCAAT, que se cree que desempeña un papel fundamental en el MLP de los adenovirus humanos del subgrupo C, en especies con una secuencia CAAT deficiente. La iniciación de la transcripción en las especies con MLP mutante se redujo significativamente en comparación con la del tipo silvestre o las especies en las que había un mutante CAAT. La incapacidad para restaurar los adenovirus normalmente funcionales, exhibida por una caja CAAT, es consistente con la idea de que la caja CAAT desempeña un papel vital en el MLP del adenovirus y es preferida sobre otros elementos transcripcionales. [ 9 ]

CCAAT en plantas

Estos factores de unión centrales, o factores nucleares (NF-Y), están compuestos por tres subunidades: NF-YA, NF-YB y NF-YC. Mientras que en los animales cada subunidad NF-Y está codificada por un solo gen, en las plantas se ha producido una diversificación tanto en estructura como en función. Las familias de NF-Y constan de entre ocho y 39 miembros por subunidad. Una de las principales razones de esta diversificación son las duplicaciones génicas y las duplicaciones en tándem, que han contribuido al mayor tamaño de las familias de NF-Y en comparación con los factores nucleares animales codificados por un solo gen. [ 10 ] Cada subunidad contiene una parte conservada evolutivamente: el extremo C-terminal de NF-YA, la parte central de NF-YB y el extremo N-terminal de NF-YC; más del 70 % de estas partes se conservan entre especies. Sin embargo, las regiones vecinas generalmente no se conservan. [ 6 ]

Subunidad NF-YA

La familia NF-YA codifica factores de transcripción de longitud variable (entre 207 y 347 aminoácidos para M. truncatula ). Las proteínas NF-YA se caracterizan generalmente por dos dominios fuertemente conservados en todos los eucariotas superiores investigados hasta la fecha. El primer dominio (A1) contiene 20 aminoácidos que forman una hélice alfa que parece ser significativa en sus interacciones con NF-YB y NF-YC. El segundo dominio (A2) es adyacente al dominio A1 por una secuencia de enlace conservada, una secuencia de 21 aminoácidos vital para la unión específica del ADN a la caja CCAAT. Los dominios A1 y A2 están conservados hacia el extremo C-terminal de los mamíferos, pero ocupan una región más central en las subunidades NF-YA de las plantas. En las plantas, la subunidad NF-YA ha evolucionado para regular el desarrollo de un órgano radicular facultativo presente únicamente en las leguminosas y se ha demostrado que se expresa en el tejido radicular. Se ha demostrado que posee propiedades similares a la resistencia a la sequía, regulándose positivamente durante el estrés hídrico en las raíces y hojas de Arabidopsis . Los mutantes NF-YA han mostrado una pérdida de función y una hipersensibilidad a condiciones similares a la sequía, y, por el contrario, la sobreexpresión de NF-YA ha dado como resultado resistencia a la sequía . [ 10 ]

subunidad NF-YB

La familia NF-YB, al igual que la subunidad NF-YA, presenta una longitud variable; sin embargo, en promedio, es mucho más pequeña que la subunidad NF-YA (90–240 aminoácidos en "M. truncatula"). Se ha caracterizado por una estructura y composición de aminoácidos similar al motivo de plegamiento de histonas (HFM). Este se compone de tres hélices alfa separadas por dos dominios de bucle de hebra beta. Al igual que NF-YA, se ha demostrado que NF-YB también mejora la resistencia a la sequía cuando se sobreexpresa y promueve la floración en Arabidopsis . [ 10 ]

Subunidad NF-YC

Las proteínas NF-YC tienen un tamaño intermedio entre las proteínas NF-YA y NF-YB (117–292 aminoácidos en M. truncatula ) y también contienen el dominio HFM, que es frecuente en las proteínas NF-YB. Se ha demostrado que también participan en la regulación del tiempo de floración en ciertas plantas (la sobreexpresión conduce a una floración más temprana), donde su influencia está potencialmente regulada por la unión de la proteína CONSTANS (CO) a la subunidad NF-YC. [ 10 ]

complejos NF-Y

Debido al cambio evolutivo en los genes que codifican NF-Y en las plantas, estos poseen una amplia gama de complejos triméricos potenciales. Por ejemplo, en Arabidopsis , se han identificado 36 subunidades del factor de transcripción NF-Y (incluidas 10 NF-YA, 13 NF-YB y 13 NF-YC), las cuales podrían formar teóricamente 1690 complejos únicos (uno de cada tipo de subunidad). Este número, por supuesto, es mayor que el que se da en la práctica, ya que algunas subunidades presentan patrones de unión específicos. Los análisis funcionales de los genes que codifican NF-Y en las plantas han demostrado que, como resultado de su diversificación evolutiva con respecto a sus homólogos animales, han adquirido diversas funciones específicas, como el desarrollo embrionario, el control del tiempo de floración, el estrés del RE, el estrés por sequía y el desarrollo de nódulos y raíces. Esto puede ser solo una pequeña parte de sus capacidades, ya que el número de combinaciones teóricas de complejos NF-Y es tan grande y solo una pequeña parte puede crearse realmente (menos del 10% de todas las interacciones posibles se confirmaron en ambas direcciones en levadura). [ 10 ]

Proteínas de unión al potenciador CCAAT (C/EBP)

Otro aspecto del motivo de unión CCAAT son las proteínas de unión CCAAT/potenciador (C/EBP). Son un grupo de factores de transcripción de 6 miembros (α-ζ), que están altamente conservados y se unen al motivo CCAAT. Si bien la investigación sobre estas proteínas de unión es relativamente reciente, se ha demostrado que su función tiene roles vitales en la proliferación y diferenciación celular, el metabolismo , la inflamación y la inmunidad en varias células, pero específicamente hepatocitos , adipocitos y células hematopoyéticas . [ 11 ] Por ejemplo, en adipocitos, esto se ha demostrado en una variedad de experimentos con ratones: la expresión ectópica de estas C/EBP (C/EBPα y C/EBPβ) fue capaz de iniciar los programas de diferenciación de la célula, incluso en ausencia de hormonas adipogénicas , o la diferenciación de preadipocitos a adipocitos (o células grasas). Además, una sobreabundancia de estas C/EBP (específicamente, C/EBPδ) provoca una respuesta acelerada. Asimismo, en células que carecen de C/EBP o en ratones deficientes en C/EBP, ambos son incapaces de experimentar adipogénesis. Esto resulta en la muerte de los ratones por hipoglucemia o por la reducción de la acumulación de lípidos en el tejido adiposo. [ 12 ] Las C/EBP siguen un dominio general de cremallera de leucina básica (bZIP) en el extremo C y son capaces de formar dímeros con otras C/EBP u otros factores de transcripción. Esta dimerización permite que las C/EBP se unan específicamente al ADN a través de una secuencia palindrómica en el surco mayor del ADN. Están reguladas por diversos medios, incluyendo hormonas , mitógenos , citocinas , nutrientes y otros factores. [ 11 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Romier, Christophe; Cocchiarella, Fabienne; Mantovani, Roberto; Moras, Dino (24 de octubre de 2002). "La estructura NF-YB/NF-YC proporciona información sobre la unión al ADN y la regulación de la transcripción por el factor CCAAT NF-Y" . The Journal of Biological Chemistry . 278 (2): 1336– 1345. doi : 10.1074/jbc.M209635200 . PMID 12401788 . 
  2. ↑ Stedman, Thomas Lathrop (6 de diciembre de 2005). Diccionario médico de Stedman, volumen 1 (28.ª ed.). Lippincott Williams & Wilkins. ISBN  9780781733908.
  3. 1 2 3 4 Bi, Weimin; Wu, Ling; Coustry, Francoise; Crombrugghe, Benoit de; Maity, Sankar N. (17 de octubre de 1997). "Especificidad de unión al ADN del factor de unión a CCAAT CBF/NF-Y" . The Journal of Biological Chemistry . 272 ​​(42): 26562– 26572. doi : 10.1074/jbc.272.42.26562 .
  4. ↑ Kusnetsov, Victor; Landsberger, Martin; Meurer, Jorg; Oelmuller, Ralf (10 de diciembre de 1999). "El ensamblaje del complejo de unión de la caja CAAT en el promotor de un gen de fotosíntesis está regulado por la luz, la citoquinina y la etapa de los plastidios" . The Journal of Biological Chemistry . 274 (50): 36009– 36014. doi : 10.1074/jbc.274.50.36009 .
  5. ↑ Cammack, Richard; Atwood, Teresa; Campbell, Peter; Parish, Howard; Smith, Anthony; Vella, Frank; Stirling, John (2006). Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology (2.ª ed.). Oxford University Press. doi : 10.1093/acref/9780198529170.001.0001 . ISBN  9780198529170.
  6. 1 2 Mantovani, Roberto (18 de octubre de 1999). "La biología molecular del factor de unión a CCAAT NF-Y". Gene . 239 (1): 15– 27. doi : 10.1016/S0378-1119(99)00368-6 . PMID 10571030 . 
  7. ↑ Mantovani, Roberto (1998). " Un estudio de 178 cajas CCAAT de unión a NF-Y" . Nucleic Acids Research . 26 (5): 1135– 1143. doi : 10.1093/nar/26.5.1135 . PMC 147377. PMID 9469818 .  
  8. ↑ Dolfini, Diletta; Zambelli, Federico; Pavesi, Giulio; Mantovani, Roberto (15 de diciembre de 2009). "Una perspectiva de la arquitectura promotora desde el box CCAAT" . Ciclo Celular . 8 (24): 4127– 4137. doi : 10.4161/cc.8.24.10240 . PMID 19946211 . 
  9. ↑ Song, Byeongwoon; Young, CSH (abril de 1998). "Análisis funcional de la caja CAAT en el promotor tardío principal de los adenovirus humanos del subgrupo C" . Journal of Virology . 72 (4): 3213–3220 . doi : 10.1128/JVI.72.4.3213-3220.1998 . PMC 109786. PMID 9525647 .  
  10. 1 2 3 4 5 Laloum, Tom; De Mita, Stéphane; Gamas, Pascal; Baudin, Maël; Niebel, Andreas (marzo de 2013). "Factores de transcripción de unión a caja CCAAT en plantas: ¿Tantos?". Tendencias en ciencia vegetal . 18 (3): 157– 166. doi : 10.1016/j.tplants.2012.07.004 . PMID 22939172 . 
  11. 1 2 Ramji, Dpiak P.; Foka, Pelagia (10 de mayo de 2002). "Artículo de revisión: Proteínas de unión a CCAAT/potenciador: estructura, función y regulación" . Biochemical Journal . 365 (Pt 3): 561– 575. doi : 10.1042/BJ20020508 . PMC 1222736. PMID 12006103 .  
  12. ↑ Tanaka, T; Yoshida, N; Kishimoto, T; Akira, S (15 de diciembre de 1997). "Diferenciación defectuosa de adipocitos en ratones que carecen del gen C/EBPbeta y/o C/EBPdelta" . The EMBO Journal . 16 (24): 7432– 7443. doi : 10.1093/emboj/ 16.24.7432 . PMC 1170343. PMID 9405372 .  
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