Modelos de regulación transcripcional del locus de β-globina
La manipulación genética del locus de β-globina y los efectos resultantes sobre la transcripción, la sensibilidad a la DNasa, la acetilación de histonas, etc., han llevado al desarrollo de dos modelos principales para explicar cómo se regula este complejo locus (para revisiones, véase Bulger y Groudine, 1999; Engel y Tanimoto, 2000; Fraser y Grosveld, 1998; Orkin, 1995). Estos modelos se centran en cómo el LCR y sus regiones flanqueantes funcionan para regular la expresión y la apertura del locus.
El modelo de bucle, o competitivo, afirma que el elemento de deleción hispano (que contiene el LCR) funciona poniéndose en contacto directamente con el promotor del gen dentro del locus de β-globina que se va a expresar. Se ha demostrado que la iniciación de la transcripción se produce en un solo promotor en cualquier momento específico en una célula determinada (Gribnau et al., 1998). Este modelo explica que la iniciación de un solo promotor es el resultado de la competencia de los promotores por el contacto con el LCR. Este contacto directo requeriría obviamente la formación de bucles en la cromatina intermedia, pero hasta ahora no hay pruebas directas de este tipo de bucles. Los transgenes que contenían el LCR y un solo gen de globina humana fetal (γ) o adulta (β) expresaban los genes a lo largo del desarrollo sin ninguna especificidad de desarrollo; sin embargo, los transgenes que contenían el LCR y ambos genes restablecían la expresión normal del desarrollo, indicando que la competencia entre genes es importante para una expresión correctamente regulada (Behringer et al., 1990; Enver et al., 1990). El análisis de los transgenes que contenían una copia adicional del gen y del promotor de la β-globina apoyó conclusiones similares. Cuando la copia adicional se colocaba cerca del LCR (sustituyendo al gen de la β-globina embrionaria), se expresaba de 10 a 100 veces más eficientemente que la copia del gen de la β-globina que residía en su ubicación normal aguas abajo en el transgén. La transcripción de la copia adicional se detectó en una fase temprana del desarrollo, cuando sólo se expresan normalmente los genes de globina embrionarios. Cuando el gen de β-globina extra se insertó justo aguas arriba de la copia normal, la expresión de las dos copias fue aproximadamente equivalente. Es importante destacar que el nivel total de transcripción del gen de β-globina transgénico se mantuvo constante independientemente de la posición de la copia extra, y fue aproximadamente igual a la cantidad de transcripción derivada del gen de β-globina endógeno (Dillon et al., 1997). La inversión del grupo de genes de β-globina con respecto al LCR en una construcción transgénica dio lugar a graves perturbaciones de la expresión génica. La β-globina se expresó en todos los estadios de desarrollo, mientras que el gen embrionario (∊) no se expresó en absoluto. La transcripción de los dos genes de γ-globina humana también se redujo, presumiblemente debido a la competencia con los genes de globina adulta por el LCR. En el locus de tipo salvaje, los niveles de transcripción de los dos genes de γ-globina son diferentes. En el transgén del grupo de genes de β-globina invertida, los niveles de expresión de estos dos genes se invirtieron, lo que indica una competencia (Tanimoto et al., 1999). Estos resultados argumentan que la proximidad al LCR es un determinante importante de la transcripción del gen en el locus de la β-globina.
El modelo de enlace propone que no tiene por qué producirse un contacto directo entre los elementos reguladores. Se propone que la región reguladora de la deleción hispánica y otros elementos de cromatina desconocidos sirvan como plataformas para propagar estructuras de cromatina abierta por todo el locus. La cromatina se abriría y se mantendría en esta configuración mediante complejos proteicos que se extienden linealmente a lo largo del ADN. Dichos complejos unirían, por tanto, el LCR con los promotores. Los distintos promotores de los genes servirían entonces para reclutar factores específicos del desarrollo y de los genes para su expresión individual. Los análisis de transgenes que contienen el LCR humano y genes individuales como el gen de la globina embrionaria (∊) y los genes de la globina fetal (γ) han demostrado que la expresión correcta del desarrollo de estos genes se produce en ausencia de cualquier otro gen de globina (Dillon y Grosveld, 1991; Lloyd et al., 1992; Shih et al., 1990). Estos datos parecen entrar en conflicto con otros estudios (Behringer et al., 1990; Enver et al., 1990). Presumiblemente, las diferencias en las construcciones transgénicas y, por tanto, en los elementos reguladores de acción cis que se incluyeron, explican las discrepancias. La competencia puede explicarse mediante el modelo de enlace, por ejemplo, invocando elementos límite que impiden la propagación de la accesibilidad. Se ha propuesto que los promotores del gen de la globina actúen en esta capacidad e impidan la apertura del locus aguas abajo (Bulger y Groudine, 1999).
Cualquiera de los modelos, o una combinación de ellos, podría explicar la modulación de la estructura de la cromatina que subyace al control celular del reordenamiento de los genes receptores de antígenos. El modelo de bucle proporciona un mecanismo atractivo para que un elemento que actúa en cis influya en elementos distantes sin requerir que perturbe la estructura de la cromatina del ADN que interviene. Por ejemplo, una interacción directa entre el potenciador intrónico de la IgH y un promotor de la VH podría abrir selectivamente la estructura de la cromatina que rodea el RSS de este segmento del gen V y llevar el RSS a la proximidad del segmento del gen DJ. El modelo de enlace proporciona un medio atractivo por el que las alteraciones estructurales de la cromatina pueden propagarse desde un elemento para abarcar todo un dominio. Por ejemplo, la accesibilidad del locus TCRβ podría comenzar en el potenciador y moverse aguas arriba a través de los segmentos del gen D hasta los segmentos del gen V, permitiendo un acceso progresivo al RSS.