Análisis funcional del promotor I del gen de la gamma-glutamil-transpeptidasa

Abstract

La transcripción es una de las etapas más importantes de la expresión génica. El gen de la gamma-glutamiltranspeptidasa (GGT) de rata posee una estructura y patrón de expresión que posibilitan el estudio de la regulación de la expresión de los genes a nivel de la transcripción. El objetivo de esta Tesis ha sido el estudio de los mecanismos que están implicados en la regulación del promotor I del gen de la GGT de rata a nivel de la transcripción. Con este fin se han llevado a cabo diversos ensayos: detección, purificación y caracterización de factores proteicos nucleares con actividad de unión al promotor I; estudio in vitro de la actividad, expresión y regulación de diferentes zonas del promotor; y estudio de algunos niveles de regulación de la transcripción (efecto de la metilación del ADN, modificaciones post-traduccionales de factores transcripcionales, estructuras de cromatina y efecto de diversos compuestos sobre la actividad del promotor I).<br/>Para este gen se ha observado la unión de un complejo multiproteico, presente en extractos hepáticos de rata, a la secuencia de -586 a -566 en la región 5' no traducida del promotor I, constituido por cuatro proteínas con pesos moleculares de 100, 70, 41 y 38 kDa. En dos líneas celulares derivadas de rata se han detectado proteínas con actividad de unión a esta secuencia y con pesos moleculares similares. Estas proteínas se unen al ADN envolviendo a la doble hélice y no parecen ser capaces de modificar estructuras de cromatina. De las cuatro proteínas sólo una (de 70kDa) parece que se fosforila con PK-A en una pequeña fracción y que presenta restos glucídicos de N-acetil-glucosamina. Estos factores nucleares no parecen ser capaces de modificar estructuras de cromatina.<br/>Se ha descartado que el factor Sp1 forme parte de este complejo multiproteico a pesar de existir una caja CG degenerada en la secuencia de unión, a la que se une en ensayos in vitro. <br/><br/>Por otro lado, en ensayos de transcripción in vitro se ha observado que la transcripción de un promotor deleccionado (fragmento de -765 a -514 adyacente al fragmento de -143 a +144) se debe específicamente a la acción de los factores presentes en los extractos nucleares de hígado de rata. En este promotor deleccionado el acercamiento de la secuencia de unión de los factores en estudio al lugar de inicio de la transcripción, aumenta la especificidad y la eficacia de la transcripción.<br/>La metilación del ADN provoca la represión de la transcripción mediada por estos factores nucleares. No se han detectado secuencias posicionadoras de nucleosomas en este promotor.<br/>Mediante ensayos de transfección a líneas celulares derivadas de rata se ha observado que diversas zonas de la secuencia que se extiende desde -765 hasta +144, presentan actividad positiva o negativa sobre la expresión de este promotor I: la secuencia que se extiende desde -508 a -143 posee actividad reguladora negativa; el acercamiento de las secuencias presentes en las regiones de -765 a -508 y de -143 a +144 tiene un efecto regulador positivo en la actividad transcripcional del promotor I. Diversas sustancias como la dexametasona y la SAM son capaces de interferir la expresión del gen de la GGT en estas líneas celulares derivadas de rata.<br/>Finalmente, análisis informáticos han mostrado la posible relación entre las proteínas en estudio y factores transcripcionales de la familia Egr/Krox.<br/>En resumen, en la regulación de la expresión del promotor I del gen de la GGT de rata están implicados tanto elementos cis, como elementos trans, que actuarían de manera coordinada y no aisladamente, regulando la tasa de expresión final del promotor en la célula.

Transcription is one of the most important steps of the gene expression. Rat gamma-glutamyl-transpeptidase (GGT) gene has an structure and expression pattern that facilitates the study of gene expression at transcription level. The aim of this doctoral thesis is the study of the mechanisms that are involved in the regulation of rat GGT promoter I.<br/>In our laboratory we have found the binding of trans-factors to a sequence located between -586 and -566 bp, at the 5' untranslated flanking region of the rat GGT promoter I. The molecular weight of these proteins is 100, 70, 41 and 38 kDa and make up a multiprotein complex. In rat derived cell lines we have found proteins that bind the sequence studied and they have with similar molecular weights. We have rule out that Sp1 protein is a part of this protein complex despite of the presence of a degenerate CG box in the binding sequence described. The protein complex binds DNA wrapping the double helix and it cannot introduce changes in chromatin structures. Only one of the four proteins, this 70 kDa one, is phosphorylated for PK-A and it is glycosilated with N-acetyl-glucosamine.<br/>On the other hand, we have make a deleted promoter I that is trancribed in vitro by rat liver nuclear extracts, whereas the same sequence but methylated is not. In transfection assays employing rat derived cell lines we have found regions in this promoter I that have positive or negative activity on gene expresion. Substances like dexamethasone and S-Adenosylmethionine are able to disrupt GGT gene expression in these rat derived cell lines.<br/>Finally, computer analysis have shown the probable relationship between the proteins analyzed and transcription factors of the Egr/krox subfamily.<br/>To sum up, in the transcription regulation of rat GGT promoter I are involved cis- and trans-factors that work coordinatedly, regulating the differential final expression of this promoter in the cell.