MODULO IV UNIDAD 1 CAPITULO 2

HOMEOCAJAS Y FACTORES DE TRANSCRIPCION.

HOMEOBOX En los sistemas complejos la homeostasis ordenante debiera ser compleja. Efectivamente, en la naturaleza, un conjunto de genes estructurales llamados smart o perspicaces que se adhieren a las hebras del mensaje genetico de DNA rigen sobre transiciones de fase importantes en el ciclo vital. En una levadura su conducta tiene alguna de estas dos posibilidades: reproducción asexual por brotes o sexual por recombinación meyótica. ¿Qué es lo que regula esto?

La levadura es unicelular pero otros eucariontes multicelulares enfrentan nuevos problemas que tienen una gran trascendencia. Cada célula tiene el genomio completo, pero las células tienen que obedecer a una división de trabajo, o sea que no deben usar la totalidad de las instrucciones. La conducta de las células eucariontas tienen bastante más de dos opciones: tendrán que pertenecer a tejidos epiteliales, a tejidos conectivos, o esqueletales, o cardíacos, o viscerales, o nerviosos, por ejemplo, partiendo siempre del genomio completo. ¿Cómo puede ser eso?

La contestación a estas dos preguntas es lógica y también asombrosa. Es lógica porque en el DNA está todo y en el RNA-m está la parte (que hemos llamado plano de obra) útil para el destino futuro de la célula (sexual en el caso de la levadura, tejido nervioso en el caso de un animal cordado, por ejemplo). La contestación lógica dice que tiene que haber algo que promueva la transcripción de DNA a RNA-m, lo cual ya sabemos que es la acción de la RNA polimerasa. La RNA-polimerasa debe trabajar libre en algun caso e impedida en los demás. Hasta acá vamos bien. Lo que la deja trabajar libre es la presencia de un conjunto de algo así como trece proteínas diferentes, llamados conjunto de genes elegantes, que entre todas forman un bloque adherido a la hebra del mensaje genético con una misión conjunta y común. Esa misión es la de favorecer la expresión de algun gene adecuado a ese cambio. Tiene que haber una cifra alta, digamos trece, formando un conjunto que tiene una misión conjunta y en común, para activar (1) el gen apagado (0). Esta tarea en que se necesitan tantas señales diferentes es un índice de la complejidad de la regulación. Se sabe que si faltan muy pocas señales, de todos modos se enciende la transcripción similar a un homeobox. La división del trabajo depende de una decena de mensajes, por decir algún número, el futuro sexual o asexual depende de una decena de mensajes. Esta realidad de la biología molecular detectada con los microscopios electrónicos, hubiese provocado una sonrisa incrédula a cualquier biólogo. El nombre de ese control múltiple y encadenado es el de CAJA, que homeostatiza la expresión de los genes de máxima trascendencia estructural. Se conoce ya, además, que muchas veces puede faltar alguna señal constituyente de la caja, pero el resto es suficientemente importante en su tamaño para desencadenar la conducta futura sin esperar el 100 % de aprobación de los sistemas de control. (En ingeniería de control se suele actuar positivamente cuando dos de tres señales coinciden, aunque falle una).

Scientific American, agosto 1991, p. 72. 555 SEGMENTACION DE HUEVOS

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Repasemos lo visto con respecto al gen de la proteína bicoide, existente en la madre de la futura mosca de la fruta, y que depositado en un sitio del embrión marca su futura cabeza. Es un nivel primero y bien importante en la jerarquía de las proteínas que desencadenan el proceso de crecimiento multicelular. En un segundo nivel jerárquico están las proteínas generadas por los genes de las seis brechas, los genes de brechas. Esas proteínas también difunden como la bicoide y gatillan nuevos genes, que están en un tercer nivel de jerarquía. El proceso se repite por tercera vez y le toca ahora el turno a la acción de genes homeóticos. Son genes que tienen una especial secuencia de instrucciones genéticas, fija e inamovible, encontrada tanto en plantas como en animales. De allí su nombre: homeótico significa mismo. Reconocidas esas instrucciones que para nada cambian y que aparecen en tantos filos diferentes, es lógico atribuirles una gran importancia biológica, como la tiene la histona IV que tampoco cambia y también aparece en plantas y animales. Esto implica decir que han pasado mil millones de años en que, si existieron cambios, ellos llevaron a la extinción. El estudio de los genes homeóticos y de la histona IV mantiene activos a diversos grupos de investigadores. En la drosofila tambien aparecen genes homeóticos de la figura. El resultado es que en la larva, hecha fundamentalmente de proteínas, aparecen 14 bandas estrechas de proteínas mientras la membrana todavía no se formó. La proteína bicoide, formada por la madre y agregada a los huevos en un sitio cuidadosamente prefijado en el momento inicial, va difundiendo y encendiendo genes diferentes en las catorce bandas. Se habla del gradiente provocado por la proteína bicoide al difundir molecularmente. De nuevo, fractalmente, esto se repite en escalas cada vez más chicas. Muchos oncogenes son formas mutadas de genes que juegan un papel en la diferenciación de tejidos. El homeobox u homeocaja es un segmento de 180 nucleótidos del DNA de levaduras, plantas y animales, cuya proteína de nuevo regula la transcripción de uno o más genes, dependiendo de la especie. Esa proteína se adhiere al DNA y ayuda a la transcripción. Para que se dé una dada transcripción de un gen, es necesario que dichas proteínas, denominadas factores de transcripción, aparezcan en el lugar oportuno. Chisaka y Capecchi arruinaron un gen homeobox del ratón y observaron ratoncitos con malformaciones catastróficas. Para que un organismo encienda genes muy delicados e importantes, como el que regula el pasaje del tipo de célula asexual de la levadura al tipo de célula sexual, es necesario que antes estén presentes los factores de transcripción especializados.

CONCLUSIONES RAZONADAS

La complejidad llega a niveles muy altos aún en unicelulares como la levadura. El control para evitar equivocaciones durante el desarrollo embrionario de un ser vivo supera lo que ingenuamente nos imaginamos. Que se necesiten trece señales diferentes para facilitar una transición, escapa a la imaginación más frondosa. No podemos hacer otra cosa que admirar la unicelularidad y reconocer, además, que en los multicelulares se da una opción muy económica de tiempo durante el crecimiento en paralelo de segmentos en la etapa embrionaria.

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