Factores de transcripción en plantas

Pilar Barnestein y Concepción Avila

La manifestación fenotípica debida a un genotipo determinado es el resultado de lo que se denomina expresión génica. En plantas, como en otros organismos, la expresión de genes específicos aumenta o disminuye en respuesta a factores ambientales y a un programa inherente de desarrollo. Los factores ambientales que afectan a la expresión génica en plantas incluyen la interacción con patógenos y factores abióticos como la luz, temperatura, anoxia, sequía, exceso y deficiencia de nutrientes. Los factores de desarrollo pueden ser temporales y/o espaciales y coinciden con procesos tales como la germinación, el desarrollo de órganos (raíces, hojas, etc.), la transición hacia la morfología floral, la senescencia, embriogénesis, desarrollo de la semilla y la maduración de frutos.
Una de las formas más importantes de control de la expresión génica es la regulación transcripcional y dentro de ésta son los denominados factores de transcripción los que se encargan de llevarla a cabo de forma preferente. Los factores de transcripción son proteínas de localización nuclear que se unen a secuencias específicas de DNA y que modulan la expresión de los genes. En plantas superiores el estudio de estos factores es bastante escaso. En este artículo se recogen las características generales de los factores de transcripción de plantas mejor estudiados.

1.- b-Zip
Se han descrito muchos factores de transcripción en plantas pertenecientes a los llamados b-Zip. En general, son un grupo de proteínas que contienen una cremallera de leucina como motivo estructural común ya que actuan como dímeros y una zona de aminoácidos básicos que precede al dominio de cremallera de leucina con la que se unen de manera específica al DNA.
Los factores b-Zip se unen en forma de dímeros a secuencias de reconocimiento específicas del DNA en zonas próximas a los promotores y regiones activadoras o potenciadoras (enhancer) de los genes. Se cree que, junto a otros factores, contribuyen a la eficiencia con la cual la RNA polimerasa se une al promotor e inicia la transcripción. En general, todas estas proteínas son activadores de la transcripción de manera constitutiva o regulable a través de modificación post-traduccional (normalmente por fosforilación) en respuesta a estímulos externos. Muchos factores b-Zip se expresan de forma específica en diferentes tipos celulares o de forma regulada en función de los patrones de desarrollo, y contribuyen a la diferenciación de tejidos [Hurst H, Prot. Profile vol.1, 2: 123-168 (1994)]. Otros b-Zip pueden actuar como represores de la transcripción bajo algunas circunstancias. Por ejemplo, pueden mostrar diferentes actividades dependiendo de cuales son las proteínas que se están dimerizando [Hsu y cols., Mol. Cell Biol., 12:4654-4665 (1992)], dependiendo del contexto del sitio de unión al promotor [Owen y cols., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87:9990-9994 (1990); Schule y cols., Cell, 61:497-504 (1990)] y algunos tienen variaciones de procesamiento que muestran actividades diferentes [Meyer y col., Endocr. Rev.,14:269-290 (1993)].
En plantas estos elementos se unen a secuencias de DNA que contienen un motivo central común ACGT cuya secuencia flanqueante afecta a la especificidad de unión al DNA, clasificándose en tres grupos: Caja G, Caja C y Caja A [Foster y cols., FASEB J., 8:192-200 (1994); Izawa y cols., J. Mol. Biol., 230:1131-1144 (1993)]. En relación a la regulación, y de forma análoga a lo que ocurre en otros organismos, en plantas se lleva a cabo por dimerización y modificaciones post-traduccionales que corresponden a la fosforilación [Unger y cols., Plant Cell, 5: 831-841 (1993); Pysh y cols., Plant Cell, 5:227-236 (1993)].

 2.- Factores relacionados con Myb y Myc.
En plantas se han descrito varios factores relacionados con Myb y Myc que están implicados en la biosíntesis de pigmentos. La regulación diferencial de la biosíntesis de pigmentos por parte de los myb homólogos puede llevarse a cabo mediante la interacción de estas proteínas a sus secuencias diana y/o a través de la acción combinada con Myc homólogos [Ramachandram y cols., Curr. Op. Gen. Dev., 4: 642-646 (1994)].
A pesar de la amplia divergencia evolutiva y de las diferencias en el patrón y función de la pigmentación en las diferentes plantas, los factores myb y myc son capaces de complementar mutantes en diferentes especies [Lloyd y cols., Science, 258: 1173-1175 (1992); Quatrocchio y cols., Plant Cell, 5:1497-1512 (1993)]. Además, siendo una familia tan amplia, los myb homólogos podrían tener funciones diferentes a las relacionadas con la biosíntesis de pigmentos y se ha observado que la expresión de un myb homólogo en Arabidopsis está inducida por deshidratación y estrés salino, sugiriendo que podría estar involucrado en la regulación de los genes de respuesta a estrés hídrico [Urao y cols., Plant Cell, 5:1529-1539 (1993)].

 3.- Homeodominios
Muchos genes contienen lo que se llaman cajas homeóticas, una secuencia de 180 pb que codifica 60 aminoácidos, el homeodominio, que es una región de unión a DNA. Su nombre deriva de su identificación original en los genes homeóticos de Drosophila (aquellos genes que determinan la identidad de las estructuras corporales). Estos factores juegan un papel importante en las decisiones que controlan la diferenciación celular y los patrones de formación [Scott y cols., Biochem. Biophys. Acta, 989:25-48 (1989)]. Los homeodominios han divergido mucho a lo largo de la evolución en los eucariotas, pero todos ellos contienen residuos altamente conservados que podrían ser necesarios para la unión al DNA [Chasan R., Plant Cell, 3: 237-340 (1992)].
Los productos de los genes homeóticos en plantas pueden agruparse en dos categorías:

Los homeodominios del primer grupo parecen estar implicados en la determinación del tipo celular, de tal forma que cuando un homeodominio de maíz que dirige la expresión en meristemos y raíces inmaduras, pero no en órganos como hojas o flores, cuando se sobreexpresa en plantas transgénicas de tabaco provoca la emergencia de raíces en las hojas [Sinha y cols., Genes Dev., 7: 787-795 (1993)].
El segundo tipo de homeodominios consiste en una proteína que contiene un dominio de cremallera de leucina situado junto al carboxi terminal del homeodominio [Sessa y cols., EMBO J., 12: 3507-3517 (1993)]. La existensia exclusiva de los HD-ZIP en plantas superiores sugiere que estos factores podrían controlar procesos que son específicos de plantas, tales como el acoplamiento del desarrollo a señales ambientales como luz, estrés, etc. [Carabelli y cols., Plant J., 4:469-479 (1993)].

 4.- Cajas-MADS
Estos factores son un tipo de homeodominios con identidad propia que fueron reconocidos por primera vez en levaduras y vertebrados. Se trata de una proteína en cuyos 56 aminoácidos están localizados los dominios de unión al DNA, dimerización y atracción de factores secundarios. Aunque los MADS están muy conservados, son diversos en cuanto a sus funciones celulares.
Este tipo de factores forman parte de un grupo de genes homeóticos que regulan el desarrollo floral en plantas. Todavía falta por ver los resultados de estudios de sobreexpresión y antisentidos para esclarecer la regulación de estos genes y el efecto de ésta sobre la regulación de otros genes, aunque algunos estudios apuntan a que podrían actuar tanto como activadores como represores [Ramachandram y cols., Curr. Op. Gen. Dev., 4: 642-646 (1994)].

 5.- Factores de unión a la Caja TATA (TBPs)
La caja TATA se encuentra en la mayoría de los genes transcritos por la RNA polimerasa II y a ésta se une un tipo de factor general llamado TBP. La unión de este factor desencadena una serie de pasos de ensamblaje de otros factores, incluyendo a la RNA polimerasa II que resultan en la activación transcripcional del gen [Buratowski y cols., Cell, 56:549-561 (1989)].
Se ha clonado TBPs en levaduras, animales y plantas. Todos estos genes codifican una región central de gran homología en el carboxi terminal y divergente en el amino terminal. La región central del factor es responsable de la unión a la caja TATA y de la interacción con otros factores del complejo de transcripción [Guarente y cols., TIG, 8 1: 27-32 (1992)]. Además, esta conservación no se refiere sólo a la presencia del factor en diferentes organismos, sino que también lo es en sentido funcional, observándose funcionalidad de factores TBPs de plantas en animales y levaduras [Mukumoto y cols., Plant Mol. Biol., 23:995-1003 (1993); Vogel y cols., Plant Cell, 5:1627-1638 (1993)].

 6.- Otros
Otros factores de plantas muestran homología con la familia de HMG de vertebrados y pueden interactuar con elementos ricos en AT dentro de los promotores diana y se han propuesto como activadores de la transcripción [Tjaden y cols., Plant Cell, 6:107-118 (1994); Neito-Solet y cols., Plant Cell, 6:287-301 (1994)].
El conocimiento de los factores de transcripción en plantas superiores es aún limitado y por ello este tema ha sido y es uno de los puntos más estudiados por los biólogos moleculares de plantas en los últimos años. El esclarecimiento de la regulación y la caracterización de estos factores no sólo es importante de cara a un mejor conocimiento de éstos en sí, sino que resulta de vital importancia para la dilucidación de los procesos de transducción que conectan las señales externas con los procesos celulares que determinan los diferentes fenotipos que conocemos.

Pilar Barnestein es doctoranda del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Málaga
Concepción Avila es Ayudenta de Universidad en el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Málaga