Modelización bioinformática de la regulación de la expresión génica
La transcripción, el primer proceso de la expresión génica mediante el que se sintetizan productos génicos funcionales, proporciona un punto de control importante de la actividad de los genes. En diversas bacterias, la ARN polimerasa (ARNP), que se une a los promotores a través de un factor sigma, es la enzima responsable de iniciar la transcripción en los denominados sitios de inicio de la transcripción (TSS). Conocer con precisión los TSS es el primer paso necesario para comprender la transcripción y su control. Sin embargo, los métodos bioinformáticos disponibles para la detección de los TSS son todavía demasiado inexactos, ya que arrojan un número elevado de resultados falsos positivos. Los investigadores del proyecto PROMOTER PREDICTIONS (Bioinformatic analysis of transcription regulation: a modelling approach) lograron reducir estos resultados falsos positivos en aproximadamente un 50 % mediante el análisis sistemático de elementos promotores sigma 70 en Escherichia coli (E. coli). Los investigadores aplicaron un novedoso modelo de «mezcla y combinación» («mix-and-match») para el reconocimiento de promotores y lograron cuantificar la especificidad de la ARNP por los elementos promotores sigma 70 a través de las matrices de pesos correspondientes. Estas matrices de peso ayudaron a producir elementos promotores alineados con actividad de transcripción adecuada y, gracias a esta mejora, se pudieron identifican con precisión los promotores fuertes en un genoma del bacteriófago secuenciado recientemente. Para comprender a fondo las razones subyacentes a los falsos positivos restantes, los investigadores procedieron al análisis computacional de la cinética de iniciación de la transcripción por la ARNP en el genoma de E. coli. Descubrieron que el genoma presenta una serie de «promotores preparados» («poised promoters») —que son secuencias de ADN con una alta afinidad de unión a los dominios de unión al ADN de la ARNP— que no llegan a dar lugar a la transcripción funcional debido a la lentitud con la que se produce la apertura de las dos hebras del ADN. Con el desarrollo de un nuevo método de detección de los genes diana directos de determinado regulador se pudo conseguir mayor exactitud en las predicciones. Para entender mejor los circuitos reguladores de la transcripción en bacterias, los investigadores modelaron el procesamiento del transcripto de las repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente espaciadas (CRISPR) dentro del sistema inmunitario bacteriano CRISPR/Cas. El procesamiento del transcripto es un paso crucial en el control de la expresión de las pequeñas moléculas de ARN derivado de CRISPR que reconocen los virus invasores. Los resultados de la investigación ayudaron a desarrollar un novedoso circuito de gen sintético para la producción de cantidades grandes de moléculas útiles a partir de pequeñas concentraciones de sustrato. Los resultados del proyecto PROMOTER PREDICTIONS se publicaron en nueve revistas revisadas por pares y se presentaron en un congreso regional y tres internacionales. El análisis realizado en el proyecto amplió notablemente el conocimiento sobre el inicio de la transcripción y la exactitud de la detección de TSS. Las metodologías desarrolladas también podrían resultar útiles en otras áreas de investigación tales como las enfermedades infecciosas.
Palabras clave
Modelización bioinformática, regulación de la transcripción, sitio de inicio de la transcripción, Escherichia coli, CRISPR/Cas
