Regulación transcripcional

En biología molecular y genética, la regulación transcripcional es el medio por el cual una célula regula la conversión de ADN en ARN (transcripción), orquestando así la actividad genética. Un solo gen se puede regular de diversas formas, desde alterar el número de copias de ARN que se transcriben hasta el control temporal de cuándo se transcribe el gen. Este control permite que la célula u organismo responda a una variedad de señales intra y extracelulares y así generar una respuesta. Algunos ejemplos de esto incluyen la producción de ARNm que codifica enzimas para adaptarse a un cambio en una fuente de alimento, la producción de productos genéticos involucrados en actividades específicas del ciclo celular y la producción de productos genéticos responsables de la diferenciación celular en eucariotas multicelulares, como se estudia en el desarrollo evolutivo. biología.

La regulación de la transcripción es un proceso vital en todos los organismos vivos. Está orquestado por factores de transcripción y otras proteínas que trabajan en conjunto para ajustar con precisión la cantidad de ARN que se produce a través de una variedad de mecanismos. Las bacterias y los eucariotas tienen estrategias muy diferentes para lograr el control de la transcripción, pero algunas características importantes permanecen conservadas entre los dos. Lo más importante es la idea de control combinatorio, que es que cualquier gen dado probablemente esté controlado por una combinación específica de factores para controlar la transcripción. En un ejemplo hipotético, los factores A y B podrían regular un conjunto distinto de genes de la combinación de los factores A y C. Esta naturaleza combinatoria se extiende a complejos de mucho más de dos proteínas y permite que un subconjunto muy pequeño (menos del 10%) del genoma para controlar el programa transcripcional de toda la célula.

En bacterias

Gran parte de la comprensión inicial de la transcripción provino de las bacterias, aunque el alcance y la complejidad de la regulación transcripcional es mayor en los eucariotas. La transcripción bacteriana se rige por tres elementos de secuencia principales:

• Los promotores son elementos de ADN que pueden atar la polimerasa RNA y otras proteínas para la iniciación exitosa de la transcripción directamente arriba del gen.
• Los operadores reconocen las proteínas represoras que se unen a un tramo de ADN e inhiben la transcripción del gen.
• Elementos de control positivos que se unen al ADN e incitan niveles superiores de transcripción.

Si bien estos medios de regulación transcripcional también existen en eucariotas, el panorama transcripcional es significativamente más complicado tanto por la cantidad de proteínas involucradas como por la presencia de intrones y el empaquetado del ADN en histonas.

La transcripción de un gen bacteriano básico depende de la fuerza de su promotor y de la presencia de activadores o represores. En ausencia de otros elementos reguladores, la afinidad basada en la secuencia de un promotor por las ARN polimerasas varía, lo que da como resultado la producción de diferentes cantidades de transcripción. La afinidad variable de la ARN polimerasa por diferentes secuencias promotoras está relacionada con regiones de la secuencia consenso aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción. Cuantos más nucleótidos de un promotor concuerden con la secuencia consenso, más fuerte será probablemente la afinidad del promotor por la ARN polimerasa.

En ausencia de otros elementos reguladores, el estado predeterminado de un transcrito bacteriano es estar en la configuración "encendido", lo que da como resultado la producción de una cierta cantidad de transcrito. Esto significa que la regulación transcripcional en forma de proteínas represoras y elementos de control positivo puede aumentar o disminuir la transcripción. Los represores a menudo ocupan físicamente la ubicación del promotor, impidiendo la unión de la ARN polimerasa. Alternativamente, un represor y una polimerasa pueden unirse al ADN al mismo tiempo con una interacción física entre el represor que impide la apertura del ADN para acceder a la cadena negativa para la transcripción. Esta estrategia de control es distinta de la transcripción eucariota, cuyo estado basal está apagado y donde los cofactores necesarios para el inicio de la transcripción dependen en gran medida de los genes.

Los factores sigma son proteínas bacterianas especializadas que se unen a las ARN polimerasas y organizan el inicio de la transcripción. Los factores sigma actúan como mediadores de la transcripción de secuencia específica, de modo que un solo factor sigma puede usarse para la transcripción de todos los genes constitutivos o de un conjunto de genes que la célula desea expresar en respuesta a algunos estímulos externos como el estrés.

Además de los procesos que regulan la transcripción en la etapa de iniciación, la síntesis de ARNm también está controlada por la tasa de elongación de la transcripción. Las pausas de la ARN polimerasa ocurren con frecuencia y están reguladas por factores de transcripción, como NusG y NusA, el acoplamiento de transcripción-traducción y la estructura secundaria del ARNm.

En eucariotas

La complejidad añadida de generar una célula eucariota conlleva un aumento en la complejidad de la regulación transcripcional. Los eucariotas tienen tres ARN polimerasas, conocidas como Pol I, Pol II y Pol III. Cada polimerasa tiene objetivos y actividades específicos y está regulada por mecanismos independientes. Existen varios mecanismos adicionales mediante los cuales se puede controlar la actividad de la polimerasa. Estos mecanismos se pueden agrupar generalmente en tres áreas principales:

• Control sobre el acceso a la polimerasa al gen. Este es quizás el más amplio de los tres mecanismos de control. Esto incluye las funciones de las enzimas de remodelación histone, factores de transcripción, potenciadores y represores, y muchos otros complejos
• Elongación productiva de la transcripción RNA. Una vez que la polimerasa está ligada a un promotor, requiere otro conjunto de factores que le permitan escapar del complejo promotor y comenzar a transcribir ARN con éxito.
• Terminación de la polimerasa. Varios factores que se han encontrado para controlar cómo y cuándo se produce la terminación, que dictarán el destino de la transcripción del ARN.

Estos tres sistemas trabajan en conjunto para integrar señales de la célula y cambiar el programa transcripcional en consecuencia.

Mientras que en los sistemas procarióticos el estado de transcripción basal puede considerarse no restrictivo (es decir, "activo" en ausencia de factores modificadores), los eucariotas tienen un estado basal restrictivo que requiere el reclutamiento de otros factores para generar ARN. transcripciones. Esta diferencia se debe en gran medida a la compactación del genoma eucariota al enrollar el ADN alrededor de las histonas para formar estructuras de orden superior. Esta compactación hace que el promotor del gen sea inaccesible sin la ayuda de otros factores en el núcleo y, por tanto, la estructura de la cromatina es un sitio común de regulación. De manera similar a los factores sigma en procariotas, los factores de transcripción generales (GTF) son un conjunto de factores en eucariotas que son necesarios para todos los eventos de transcripción. Estos factores son responsables de estabilizar las interacciones de unión y abrir la hélice del ADN para permitir que la ARN polimerasa acceda al molde, pero generalmente carecen de especificidad para diferentes sitios promotores. Una gran parte de la regulación genética se produce a través de factores de transcripción que reclutan o inhiben la unión de la maquinaria de transcripción general y/o la polimerasa. Esto se puede lograr mediante interacciones estrechas con elementos promotores centrales o mediante elementos potenciadores de larga distancia.

Una vez que una polimerasa se une con éxito a una plantilla de ADN, a menudo requiere la ayuda de otras proteínas para abandonar el complejo promotor estable y comenzar a alargar la cadena de ARN naciente. Este proceso se denomina escape del promotor y es otro paso en el que los elementos reguladores pueden actuar para acelerar o ralentizar el proceso de transcripción. De manera similar, los factores de proteínas y ácidos nucleicos pueden asociarse con el complejo de elongación y modular la velocidad a la que la polimerasa se mueve a lo largo de la plantilla de ADN.

A nivel del estado de cromatina

En los eucariotas, el ADN genómico está muy compactado para poder encajarlo en el núcleo. Esto se logra enrollando el ADN alrededor de octámeros de proteínas llamados histonas, lo que tiene consecuencias para la accesibilidad física de partes del genoma en un momento dado. Porciones importantes son silenciadas mediante modificaciones de histonas y, por tanto, son inaccesibles a las polimerasas o sus cofactores. El nivel más alto de regulación de la transcripción se produce mediante la reordenación de histonas para exponer o secuestrar genes, porque estos procesos tienen la capacidad de hacer inaccesibles regiones enteras de un cromosoma, como ocurre en la impronta.

La reordenación de las histonas se ve facilitada por modificaciones postraduccionales en las colas de las histonas centrales. Enzimas como las histonas acetiltransferasas (HAT), las histonas metiltransferasas (HMT) y las histonas desacetilasas (HDAC), entre otras, pueden realizar una amplia variedad de modificaciones. Estas enzimas pueden agregar o eliminar modificaciones covalentes como grupos metilo, grupos acetilo, fosfatos y ubiquitina. Las modificaciones de las histonas sirven para reclutar otras proteínas que pueden aumentar la compactación de la cromatina y secuestrar elementos promotores, o aumentar el espacio entre las histonas y permitir la asociación de factores de transcripción o polimerasa en el ADN abierto. Por ejemplo, la trimetilación de H3K27 por el complejo Polycomb PRC2 provoca compactación cromosómica y silenciamiento de genes. Estas modificaciones de las histonas pueden ser creadas por la célula o heredadas de forma epigenética de uno de los padres.

A nivel de metilación de citosina

La regulación de la transcripción en aproximadamente el 60 % de los promotores está controlada por la metilación de las citosinas dentro de los dinucleótidos CpG (donde la citosina 5' es seguida por la guanina 3' o los sitios CpG). La 5-metilcitosina (5-mC) es una forma metilada de la base del ADN citosina (ver Figura). 5-mC es un marcador epigenético que se encuentra predominantemente en los sitios CpG. En el genoma humano se encuentran alrededor de 28 millones de dinucleótidos CpG. En la mayoría de los tejidos de los mamíferos, en promedio, entre el 70% y el 80% de las citosinas CpG están metiladas (formando 5-metilCpG o 5-mCpG). Las citosinas metiladas dentro de las secuencias 5'citosina-guanina 3' a menudo se presentan en grupos, llamados islas CpG. Aproximadamente el 60% de las secuencias promotoras tienen una isla CpG, mientras que sólo aproximadamente el 6% de las secuencias potenciadoras tienen una isla CpG. Las islas CpG constituyen secuencias reguladoras, ya que si las islas CpG están metiladas en el promotor de un gen esto puede reducir o silenciar la transcripción del gen.

La metilación del ADN regula la transcripción genética mediante la interacción con proteínas del dominio de unión a metilo (MBD), como MeCP2, MBD1 y MBD2. Estas proteínas MBD se unen con mayor fuerza a islas CpG altamente metiladas. Estas proteínas MBD tienen tanto un dominio de unión a metil-CpG como un dominio de represión de la transcripción. Se unen al ADN metilado y guían o dirigen complejos proteicos con remodelación de cromatina y/o actividad modificadora de histonas hacia islas CpG metiladas. Las proteínas MBD generalmente reprimen la cromatina local, por ejemplo catalizando la introducción de marcas de histonas represivas o creando un entorno de cromatina represivo general mediante la remodelación de los nucleosomas y la reorganización de la cromatina.

Los factores de transcripción son proteínas que se unen a secuencias de ADN específicas para regular la expresión de un gen. La secuencia de unión de un factor de transcripción en el ADN suele tener una longitud de unos 10 u 11 nucleótidos. Como resumió en 2009, Vaquerizas et al. indicó que hay aproximadamente 1.400 factores de transcripción diferentes codificados en el genoma humano por genes que constituyen aproximadamente el 6% de todos los genes que codifican proteínas humanas. Aproximadamente el 94% de los sitios de unión de factores de transcripción (TFBS) que están asociados con genes que responden a señales ocurren en potenciadores, mientras que solo alrededor del 6% de dichos TFBS ocurren en promotores.

La proteína EGR1 es un factor de transcripción particular que es importante para la regulación de la metilación de las islas CpG. Un sitio de unión del factor de transcripción EGR1 se localiza frecuentemente en secuencias potenciadoras o promotoras. Hay alrededor de 12.000 sitios de unión para EGR1 en el genoma de los mamíferos y aproximadamente la mitad de los sitios de unión de EGR1 están ubicados en promotores y la otra mitad en potenciadores. La unión de EGR1 a su sitio de unión al ADN objetivo es insensible a la metilación de la citosina en el ADN.

Si bien solo se detectan pequeñas cantidades de proteína del factor de transcripción EGR1 en células que no están estimuladas, la traducción del gen EGR1 en proteína una hora después de la estimulación se eleva drásticamente. La expresión de las proteínas del factor de transcripción EGR1, en varios tipos de células, puede ser estimulada por factores de crecimiento, neurotransmisores, hormonas, estrés y lesiones. En el cerebro, cuando las neuronas se activan, las proteínas EGR1 se regulan positivamente y se unen (reclutan) las enzimas TET1 preexistentes que se expresan altamente en las neuronas. Las enzimas TET pueden catalizar la desmetilación de 5-metilcitosina. Cuando los factores de transcripción EGR1 llevan las enzimas TET1 a los sitios de unión de EGR1 en los promotores, las enzimas TET pueden desmetilar las islas CpG metiladas en esos promotores. Tras la desmetilación, estos promotores pueden iniciar la transcripción de sus genes diana. Cientos de genes en las neuronas se expresan diferencialmente después de la activación neuronal mediante el reclutamiento de TET1 por parte de EGR1 en secuencias reguladoras metiladas en sus promotores.

La metilación de los promotores también se altera en respuesta a señales. Las tres metiltransferasas del ADN de los mamíferos (DNMT1, DNMT3A y DNMT3B) catalizan la adición de grupos metilo a las citosinas en el ADN. Mientras que DNMT1 es una metiltransferasa de “mantenimiento”, DNMT3A y DNMT3B pueden realizar nuevas metilaciones. También hay dos isoformas de proteína de empalme producidas a partir del gen DNMT3A: las proteínas ADN metiltransferasa DNMT3A1 y DNMT3A2.

La isoforma de empalme DNMT3A2 se comporta como el producto de un gen temprano inmediato clásico y, por ejemplo, se produce de manera robusta y transitoria después de la activación neuronal. El lugar donde la isoforma de ADN metiltransferasa DNMT3A2 se une y agrega grupos metilo a las citosinas parece estar determinado por modificaciones postraduccionales de las histonas.

Por otro lado, la activación neuronal provoca la degradación de DNMT3A1 acompañada de una metilación reducida de al menos un promotor objetivo evaluado.

A través de factores de transcripción y potenciadores

Factores de transcripción

Los factores de transcripción son proteínas que se unen a secuencias de ADN específicas para regular la expresión de un gen determinado. Hay aproximadamente 1.400 factores de transcripción en el genoma humano y constituyen aproximadamente el 6% de todos los genes codificantes de proteínas humanas. El poder de los factores de transcripción reside en su capacidad para activar y/o reprimir amplios repertorios de genes diana posteriores. El hecho de que estos factores de transcripción funcionen de forma combinatoria significa que sólo un pequeño subconjunto del genoma de un organismo codifica factores de transcripción. Los factores de transcripción funcionan a través de una amplia variedad de mecanismos. En un mecanismo, la metilación de CpG influye en la unión de la mayoría de los factores de transcripción al ADN, en algunos casos de forma negativa y en otros de forma positiva. Además, a menudo se encuentran al final de una vía de transducción de señales que funciona para cambiar algo del factor, como su localización subcelular o su actividad. Las modificaciones postraduccionales de los factores de transcripción ubicados en el citosol pueden hacer que se transloquen al núcleo, donde pueden interactuar con sus correspondientes potenciadores. Otros factores de transcripción ya se encuentran en el núcleo y se modifican para permitir la interacción con factores de transcripción asociados. Algunas modificaciones postraduccionales que se sabe que regulan el estado funcional de los factores de transcripción son la fosforilación, acetilación, SUMOilación y ubiquitilación. Los factores de transcripción se pueden dividir en dos categorías principales: activadores y represores. Mientras que los activadores pueden interactuar directa o indirectamente con la maquinaria central de la transcripción a través de la unión del potenciador, los represores reclutan predominantemente complejos correpresores que conducen a la represión transcripcional mediante la condensación de cromatina de las regiones potenciadoras. También puede suceder que un represor funcione mediante competencia alostérica contra un activador determinado para reprimir la expresión génica: motivos de unión al ADN superpuestos tanto para activadores como para represores inducen una competencia física para ocupar el sitio de unión. Si el represor tiene una mayor afinidad por su motivo que el activador, la transcripción se bloquearía efectivamente en presencia del represor. Se logra un control regulatorio estricto gracias a la naturaleza altamente dinámica de los factores de transcripción. Nuevamente, existen muchos mecanismos diferentes para controlar si un factor de transcripción está activo. Estos mecanismos incluyen el control sobre la localización de proteínas o el control sobre si la proteína puede unirse al ADN. Un ejemplo de esto es la proteína HSF1, que permanece unida a Hsp70 en el citosol y solo se transloca al núcleo en caso de estrés celular, como un choque térmico. Por tanto, los genes bajo el control de este factor de transcripción permanecerán sin transcribir a menos que la célula se someta a estrés.

Potenciadores

Los potenciadores o módulos/elementos reguladores cis (CRM/CRE) son secuencias de ADN no codificantes que contienen múltiples sitios de unión activadores y represores. Los potenciadores varían de 200 pb a 1 kb de longitud y pueden ser proximales, 5' corriente arriba del promotor o dentro del primer intrón del gen regulado, o distales, en intrones de genes vecinos o regiones intergénicas alejadas del locus. A través del bucle de ADN, los potenciadores activos contactan al promotor dependiendo de la especificidad del promotor del motivo de unión al ADN central. La dicotomía promotor-potenciador proporciona la base para la interacción funcional entre los factores de transcripción y la maquinaria central transcripcional para desencadenar el escape de RNA Pol II del promotor. Mientras que se podría pensar que existe una proporción potenciador-promotor de 1:1, los estudios del genoma humano predicen que un promotor activo interactúa con 4 a 5 potenciadores. De manera similar, los potenciadores pueden regular más de un gen sin restricción de ligamiento y se dice que "se saltan" genes vecinos para regular los más distantes. Aunque es poco frecuente, la regulación transcripcional puede involucrar elementos ubicados en un cromosoma diferente de aquel donde reside el promotor. Los potenciadores proximales o promotores de genes vecinos pueden servir como plataformas para reclutar elementos más distales.

Activación e implementación del potenciador

La expresión regulada positivamente de genes en mamíferos puede iniciarse cuando se transmiten señales a los promotores asociados con los genes. Las secuencias de ADN reguladoras en cis que se encuentran en regiones de ADN distantes de los promotores de los genes pueden tener efectos muy grandes en la expresión génica, y algunos genes experimentan una expresión aumentada hasta 100 veces debido a dicha secuencia reguladora en cis. Estas secuencias reguladoras en cis incluyen potenciadores, silenciadores, aislantes y elementos de sujeción. Entre esta constelación de secuencias, los potenciadores y sus proteínas factores de transcripción asociadas tienen un papel destacado en la regulación de la expresión génica.

Los potenciadores son secuencias del genoma que son importantes elementos reguladores de genes. Los potenciadores controlan los programas de expresión génica específicos de cada tipo de célula, con mayor frecuencia recorriendo largas distancias para acercarse físicamente a los promotores de sus genes diana. En un estudio de las neuronas corticales del cerebro, se encontraron 24.937 bucles que aportaban potenciadores a los promotores. Múltiples potenciadores, cada uno a menudo a decenas o cientos de miles de nucleótidos distantes de sus genes diana, se enlazan con los promotores de sus genes diana y se coordinan entre sí para controlar la expresión de su gen diana común.

La ilustración esquemática de esta sección muestra un potenciador dando vueltas para acercarse físicamente al promotor de un gen objetivo. El bucle se estabiliza mediante un dímero de una proteína conectora (por ejemplo, dímero de CTCF o YY1), con un miembro del dímero anclado a su motivo de unión en el potenciador y el otro miembro anclado a su motivo de unión en el promotor (representado por el zigzags rojos en la ilustración). Varias proteínas de factores de transcripción específicas de función celular (en 2018, Lambert et al. indicaron que había alrededor de 1600 factores de transcripción en una célula humana) generalmente se unen a motivos específicos en un potenciador y una pequeña combinación de estos factores de transcripción unidos al potenciador, cuando se acercan a un promotor mediante un bucle de ADN, gobierna el nivel de transcripción del gen diana. El mediador (coactivador) (un complejo que generalmente consta de aproximadamente 26 proteínas en una estructura que interactúa) comunica señales reguladoras de los factores de transcripción potenciadores unidos al ADN directamente a la enzima ARN polimerasa II (RNAP II) unida al promotor.

Los potenciadores, cuando están activos, generalmente se transcriben a partir de ambas cadenas de ADN con ARN polimerasas que actúan en dos direcciones diferentes, produciendo dos ARNe como se ilustra en la figura. Un potenciador inactivo puede estar unido por un factor de transcripción inactivo. La fosforilación del factor de transcripción puede activarlo y ese factor de transcripción activado puede luego activar el potenciador al que está unido (ver la pequeña estrella roja que representa la fosforilación de un factor de transcripción unido a un potenciador en la ilustración). Un potenciador activado comienza la transcripción de su ARN antes de activar un promotor para iniciar la transcripción del ARN mensajero de su gen diana.

Panorama regulatorio

El inicio, la terminación y la regulación de la transcripción están mediados por “bucles de ADN” que reúnen promotores, potenciadores, factores de transcripción y factores de procesamiento de ARN para regular con precisión la expresión génica. La captura de conformación cromosómica (3C) y, más recientemente, las técnicas Hi-C proporcionaron evidencia de que las regiones de cromatina activas están "compactadas" en dominios o cuerpos nucleares donde se mejora la regulación transcripcional. La configuración del genoma es esencial para la proximidad potenciador-promotor. Las decisiones sobre el destino celular están mediadas por reorganizaciones genómicas altamente dinámicas en la interfase para activar o desactivar de forma modular redes reguladoras de genes completas a través de reordenamientos de cromatina de corto a largo alcance. Estudios relacionados demuestran que los genomas de los metazoos se dividen en unidades estructurales y funcionales alrededor de una megabase llamada dominios de asociación topológica (TAD) que contiene docenas de genes regulados por cientos de potenciadores distribuidos dentro de grandes regiones genómicas que contienen solo secuencias no codificantes. La función de los TAD es reagrupar potenciadores y promotores que interactúan entre sí dentro de un único dominio funcional grande en lugar de distribuirlos en diferentes TAD. Sin embargo, los estudios del desarrollo del ratón señalan que dos TAD adyacentes pueden regular el mismo grupo de genes. El estudio más relevante sobre la evolución de las extremidades muestra que el TAD en el extremo 5' del grupo de genes HoxD en genomas de tetrápodos impulsa su expresión en los embriones de yema del miembro distal, dando lugar a la mano, mientras que el situado en el lado 3' lo hace en la yema proximal de la extremidad, dando lugar al brazo. Aún así, no se sabe si los TAD son una estrategia adaptativa para mejorar las interacciones regulatorias o un efecto de las limitaciones sobre estas mismas interacciones. Los límites de TAD suelen estar compuestos por genes constitutivos, ARNt, otras secuencias altamente expresadas y elementos intercalados cortos (SINE). Si bien estos genes pueden aprovechar su posición fronteriza para expresarse de manera ubicua, no están directamente relacionados con la formación de bordes TAD. Las moléculas específicas identificadas en los límites de los TAD se denominan aislantes o proteínas arquitectónicas porque no solo bloquean la expresión permeable del potenciador sino que también garantizan una compartimentación precisa de las entradas reguladoras en cis al promotor objetivo. Estos aislantes son proteínas de unión al ADN como CTCF y TFIIIC que ayudan a reclutar socios estructurales como cohesinas y condensinas. La localización y unión de proteínas arquitectónicas a sus correspondientes sitios de unión está regulada por modificaciones postraduccionales. Los motivos de unión al ADN reconocidos por las proteínas arquitectónicas son de alta ocupación y aproximadamente a una megabase entre sí o de baja ocupación y dentro de TAD. Los sitios de alta ocupación generalmente son conservados y estáticos, mientras que los sitios intra-TAD son dinámicos de acuerdo con el estado de la celda, por lo tanto, los propios TAD están compartimentados en subdominios que pueden denominarse subTAD desde unos pocos kb hasta un TAD de longitud (19). Cuando los sitios de unión arquitectónicos están a menos de 100 kb entre sí, las proteínas mediadoras son las proteínas arquitectónicas que cooperan con la cohesina. Para subTAD de más de 100 kb y límites de TAD, CTCF es el aislante típico que interactúa con la cohesión.

Del complejo de preiniciación y escape del promotor

En eucariotas, el ARNr ribosómico y los ARNt implicados en la traducción están controlados por la ARN polimerasa I (Pol I) y la ARN polimerasa III (Pol III). La ARN polimerasa II (Pol II) es responsable de la producción de ARN mensajero (ARNm) dentro de la célula. Particularmente para Pol II, muchos de los puntos de control regulatorios en el proceso de transcripción ocurren en el ensamblaje y escape del complejo de preiniciación. Una combinación genética específica de factores de transcripción reclutará TFIID y/o TFIIA para el promotor central, seguido de la asociación de TFIIB, creando un complejo estable en el que se pueden ensamblar el resto de los factores generales de transcripción (GTF). Este complejo es relativamente estable y puede sufrir múltiples rondas de iniciación de la transcripción. Tras la unión de TFIIB y TFIID, Pol II se pueden montar el resto de GTF. Este ensamblaje está marcado por la modificación postraduccional (típicamente fosforilación) del dominio C-terminal (CTD) de Pol II a través de varias quinasas. El CTD es un dominio grande y no estructurado que se extiende desde la subunidad RbpI de Pol II y consta de muchas repeticiones de la secuencia de heptada YSPTSPS. TFIIH, la helicasa que permanece asociada a Pol II durante toda la transcripción, también contiene una subunidad con actividad quinasa que fosforilará las serinas 5 en la secuencia de la heptada. De manera similar, tanto CDK8 (una subunidad del complejo mediador multiproteico masivo) como CDK9 (una subunidad del factor de elongación p-TEFb) tienen actividad quinasa hacia otros residuos en el CTD. Estos eventos de fosforilación promueven el proceso de transcripción y sirven como sitios de reclutamiento para la maquinaria de procesamiento de ARNm. Estas tres quinasas responden a señales ascendentes y la falta de fosforilación del CTD puede provocar una polimerasa estancada en el promotor.

En cáncer

En los vertebrados, la mayoría de los promotores de genes contienen una isla CpG con numerosos sitios CpG. Cuando muchos de los sitios CpG promotores de un gen están metilados, el gen queda silenciado. Los cánceres colorrectales suelen tener de 3 a 6 mutaciones de conductor y de 33 a 66 mutaciones de autoestopista o pasajero. Sin embargo, el silenciamiento transcripcional puede ser más importante que la mutación a la hora de provocar la progresión al cáncer. Por ejemplo, en los cánceres colorrectales, la metilación de la isla CpG silencia transcripcionalmente entre 600 y 800 genes (ver regulación de la transcripción en el cáncer). La represión transcripcional en el cáncer también puede ocurrir por otros mecanismos epigenéticos, como la expresión alterada de microARN. En el cáncer de mama, la represión transcripcional de BRCA1 puede ocurrir con más frecuencia por microARN-182 sobreexpresado que por hipermetilación del promotor BRCA1 (consulte Baja expresión de BRCA1 en cánceres de mama y ovario).