Operón Gua

El operón gua es el encargado de regular la síntesis de guanosina monofosfato (GMP), un nucleótido purínico, a partir de inosina monofosfato (IMP o inosinato). Está formado por dos genes estructurales guaB (codifica para la IMP deshidrogenasa o IMP) y guaA (codifica para la GMP sintetasa) además de la región promotora y operadora .

El primer paso de la biosíntesis de purina comienza con el 5-fosforribosil 1 pirofosfato, que sufre una serie de reacciones para formar IMP, un importante punto de ramificación en la vía. La vía luego se ramifica para formar adenilosuccinato y luego adenilato (AMP) en una rama y xantilato (XMP) y luego guanilato (GMP) en la otra rama. La IMP deshidrogenasa cataliza la conversión de IMP a XMP y la GMP sintetasa cataliza la conversión de XMP a GMP. ^{[1] [2]}

El operón debe responder a los cambios en el estado metabólico de la célula. Está sujeto a un control dependiente de la tasa de crecimiento, un control estricto (control durante los diversos estreses a los que está expuesta la célula) y otras formas de control. ^[3] Por lo tanto, detiene la biosíntesis si se puede obtener guanina del medio externo, aumenta su expresión si se necesitan nucleótidos (por ejemplo, durante la replicación del ADN) y equilibra la producción de GMP con respecto a AMP y los nucleótidos de pirimidina . El punto de ramificación en IMP mencionado anteriormente es un nodo rígido controlado estrechamente ^[4] para tener una producción equilibrada de AMP y GMP. El operón gua es reprimido por GMP y es inducido por AMP. De manera similar, la síntesis de AMP es reprimida por el propio AMP mientras que es activada por GMP. Este doble control asegura que haya un equilibrio de flujo entre AMP y GMP y que la partición del flujo permanezca relativamente constante incluso frente a perturbaciones. A continuación se analizan algunos mecanismos mediante los cuales se logra este control.

Dado que la replicación del ADN necesita un aporte de nucleótidos de guanina, debe existir cierta coordinación entre la maquinaria de replicación del ADN y el operón gua. Un método a través del cual esto sucede es la proteína DnaA. DnaA es una proteína que reconoce el origen de la replicación, promueve un desenrollado local de una región de ADN rica en AT y finalmente guía a la helicasa DnaB a su sitio de entrada. DnaA es el factor de iniciación de la replicación que provoca la replicación del ADN si está presente en una concentración suficiente. ^[5]

Cuando se produce la replicación, el origen de la replicación crea un "sumidero" para las proteínas DnaA. Por lo tanto, los genes que están modulados negativamente por DnaA, como los del operón gua, se desreprimen. Existen dos sitios de unión potenciales para DnaA, uno en el promotor gua y otro 200 pb aguas abajo del codón de iniciación de la IMP deshidrogenasa en el gen guaB. Se cree que tanto la primera como la segunda secuencia desempeñan un papel, siendo la última parte vital y la unión del ADN en estas secuencias afecta negativamente a la transcripción del gen. ^[6]

Mientras crece en medios en los que las tasas de crecimiento son bajas, el cAMP se une a una proteína receptora de cAMP formando un complejo que tiene propiedades reguladoras. Este complejo se une a una región 100 pb aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción guaB, que luego reprime el operón gua. Es un tema de debate cómo este complejo interactúa con la ARN polimerasa a una distancia de hasta 100 bit/s. Una opinión sugiere la participación de un factor regulador desconocido. En cualquier caso, el complejo confiere control dependiente de la tasa de crecimiento a la región promotora del operón. ^[7]

El represor purR codificado por los genes purR controla la síntesis de enzimas implicadas en la biosíntesis de purinas . Se encontró un supuesto operador pur de 16 pb en el promotor gua. El represor purR trabaja con otros correpresores, por ejemplo, la guanina, que es un correpresor en E. coli . ^[3]

El ARNm líder gua tiene el potencial de formar una estructura secundaria estable de tallo-bucle que incorpora los primeros 37 nucleótidos del transcrito. Como el sitio de unión del ribosoma está secuestrado en el tallo-bucle, esta estructura puede estar involucrada en la regulación de la traducción. ^[3]

El promotor gua se encuentra adosado al promotor xseA (que codifica la enzima de reparación de desajustes exonucleasa VII). ^[3] Este espaciamiento tan estrecho entre los promotores puede tener importancia regulatoria y conducirá a un impedimento estérico, ya que las moléculas de la ARN polimerasa intentan unirse simultáneamente. La inactivación de un promotor conducirá naturalmente a una mayor expresión del otro promotor. Otros mecanismos incluyen FIS (factor de estimulación de la inversión), que impide estéricamente la unión de la ARN polimerasa. Pero el papel del FIS aún no se ha investigado adecuadamente. ^[8]

Dado que la vía metabólica se conserva en todas las especies, los genes también son similares. Se han realizado estudios exhaustivos sobre la regulación en Saccharomyces cerevisiae . La familia de genes IMD y gua1 en levaduras corresponden a guaB y guaA. Aquí solo los genes IMD son sensibles a la guanina y no gua1 a diferencia de lo que ocurre en los procariotas, donde todo el operón es sensible. El ácido micofenólico, un fármaco inhibidor de la IMP deshidrogenasa, es un inductor del gen IMD 2 (y, por lo tanto, es probable que IMD 2 tenga actividad farmacológica intrínseca). ^[9] Otro aspecto en el que la regulación eucariota es muy diferente es que los eucariotas tienen una regulación diferencial de las ramas que conducen a AMP y GMP. Por ejemplo, en las levaduras, los genes de síntesis de AMP son poco reprimidos por la guanina, mientras que los genes de síntesis de GMP no son afectados por la adenina y, en los seres humanos, la síntesis de IMP deshidrogenasa se reprime en presencia de guanosina, pero no de adenosina.