Kevin Struhl

Como estudiante de posgrado, Struhl clonó y expresó funcionalmente el primer gen eucariota codificante de proteínas en E. coli , un hito en la tecnología del ADN recombinante . ^{[ 6 ] [ 7 ]} Los genes de levadura clonados fueron esenciales para que Gerald Fink desarrollara métodos de transformación que Struhl utilizó para codescubrir los orígenes de replicación del ADN ^{[ 8 ] [ 9 ]} y para crear los primeros vectores para manipulaciones genéticas moleculares en levadura. ^{[ 8 ]} Struhl fue uno de los primeros en utilizar el análisis de “genética inversa”; es decir, hacer mutaciones en genes clonados, introducir los derivados mutados de nuevo en las células y evaluar los fenotipos resultantes. ^{[ 10 ]}

Utilizando la “ genética inversa ” para estudiar la regulación génica in vivo , Struhl generó los primeros mutantes promotores eucariotas y realizó un análisis detallado del gen his3 . Esto dio lugar a las primeras descripciones de todos los tipos básicos de elementos reguladores de genes: elementos corriente arriba que actúan a distancia del promotor; ^{[ 11 ] [ 10 ]} sitios reguladores que activan la expresión génica en condiciones específicas; ^{[ 12 ]} secuencias de poli(dA:dT); ^{[ 13 ]} elementos TATA funcionalmente distintos; ^{[ 14 ] [ 15 ]} elementos iniciadores; ^{[ 16 ]} secuencias de represión que actúan corriente arriba y a distancia de los promotores. ^{[ 17 ]}

Struhl inventó la “bioquímica inversa”, el uso de proteínas sintetizadas in vitro para identificar factores de transcripción que se unen al ADN y estudiar las interacciones proteína-ADN. ^{[ 18 ]}  En uno de los primeros ejemplos de una proteína de unión específica de secuencia eucariota, descubrió que Gcn4 activa de forma coordinada muchos genes involucrados en la biosíntesis de aminoácidos mediante la unión directa a sitios diana en sus promotores. ^{[ 18 ]}  Desarrolló el primer método de “selección aleatoria” para seleccionar sitios diana de ADN (y otros elementos genéticos) a partir de oligonucleótidos de secuencia aleatoria. ^{[ 19 ]} Demostró que Gcn4 se une como un dímero ^{[ 20 ]} a través de su cremallera de leucina , ^{[ 21 ]} describió cómo reconoce los sitios diana a resolución atómica, ^{[ 22 ]} y demostró que la superficie de unión de Gcn4 se pliega cuando se une a su sitio diana, el primer ejemplo de un modelo de “ajuste inducido” para la unión al ADN. ^{[ 23 ]} La disección genética detallada condujo al descubrimiento de dominios de activación ácidos cortos necesarios para la transcripción que son funcionalmente autónomos y pueden ser codificados por diferentes secuencias. ^{[ 24 ] [ 25 ]}  Por último, Struhl demostró que el oncogén Jun codifica un homólogo de Gcn4 que se une a las mismas secuencias ^{[ 26 ]} y activa la transcripción en células de levadura. ^{[ 27 ]}  Jun fue el primer ejemplo de un oncogén que codifica un factor de transcripción .

Utilizando la ARN polimerasa T7 en células de levadura, Struhl demostró distintos mecanismos de accesibilidad de la cromatina e interacción proteína-proteína para la activación transcripcional. ^{[ 28 ]}  Enfoques genéticos novedosos - mutantes de especificidad alterada, ^{[ 29 ]} fusiones de proteínas para reclutamiento artificial ^{[ 30 ] [ 31 ]} - junto con la inmunoprecipitación de cromatina (ChIP), demostraron que la regulación transcripcional en levadura ocurre principalmente a nivel del reclutamiento de la maquinaria de transcripción de la ARN polimerasa II . ^{[ 32 ]} Struhl mostró que la proteína de unión a TATA es necesaria para la transcripción por las 3 ARN polimerasas nucleares ^{[ 33 ]} y definió una superficie requerida específicamente para la transcripción por la ARN polimerasa III. ^{[ 34 ]}  Junto con Tom Gingeras, utilizó microarrays en mosaico para generar el primer análisis imparcial a escala genómica de la unión de factores de transcripción en células de mamíferos, lo que llevó al descubrimiento de muchos más sitios de unión de transcripción in vivo de lo predicho, incluyendo muchos que controlan ARN no codificantes. ^{[ 35 ] [ 36 ]}   Sus contribuciones en diversas áreas de la regulación transcripcional incluyen funciones mecanísticas de factores generales para la iniciación transcripcional, ^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]} direccionalidad del promotor, ^{[ 41 ]} alto nivel de ruido transcripcional debido a la infidelidad de la iniciación de Pol II, ^{[ 42 ]} papel de los TAF ^{[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]} y Mediador ^{[ 46 ] [ 47 ]} en la activación transcripcional, regulación coordinada de genes de proteínas ribosómicas en respuesta a señales de crecimiento y estrés, ^{[ 48 ] [ 49 ]} represión por el complejo correpresor Cyc8-Tup que controla numerosas vías de estrés, ^{[ 50 ] [ 51 ]} la respuesta al estrés osmótico ^{[ 52 ]} incluyendo el descubrimiento de una respuesta pretranscripcional, ^{[ 53 ]} elongación transcripcional, ^{[ 54 ] [55 ]} formación del extremo 3', ^{[ 55 ] [ 56 ]} y estabilidad del ARNm. ^{[ 57 ] [ 58 ]}  Por último, Struhl fue uno de los primeros en utilizar ChIP para analizar la transcripción enE. coli, demostrando que la transición entre iniciación y elongación es altamente variable y a menudo limitante de la velocidad ^{[ 59 ]} y descubriendo una amplia superposición funcional entre los factores sigma. ^{[ 60 ]}

El trabajo de Struhl sobre el papel de la cromatina en la regulación transcripcional incluye descripciones iniciales de 1) una secuencia de ADN, poli(dA:dT), que activa la transcripción a través de su efecto intrínseco sobre la estabilidad del nucleosoma, ^{[ 61 ] [ 62 ]} 2) principios mecanísticos sobre cómo se produce el patrón de posicionamiento del nucleosoma in vivo , ^{[ 63 ] [ 64 ]} 3) represión transcripcional a través del reclutamiento dirigido de una histona desacetilasa, ^{[ 65 ] [ 66 ]} 4) memoria molecular de la actividad transcripcional reciente a través de la metilación dirigida de histonas a través del reclutamiento por la Pol II en elongación, ^{[ 67 ]} 5) desalojo dinámico y reasociación de histonas durante la elongación transcripcional , ^{[ 68 ]} y 6) metilación de la lisina 79 dentro del núcleo de la histona H3 ^{[ 69 ]} y un modelo para la variegación del efecto de posición. ^{[ 70 ]}  Con respecto a la replicación del ADN, Struhl demostró que una histona acetilasa (HBO1) es tanto un coactivador transcripcional como un coactivador del factor de licencia de replicación Cdt1 ^{[ 71 ] [ 72 ]} que coordina la respuesta transcripcional y de replicación del ADN al estrés no genotóxico. ^{[ 73 ]}  Además, mostró que el complejo de replicación del origen del ADN (ORC) se une selectivamente a regiones con un patrón de cromatina específico, y que la ubicación de los sitios de unión del ORC juega un papel importante en la sincronización de la replicación del ADN. ^{[ 74 ]}

Struhl desarrolló un método de “selección aleatoria” para seleccionar elementos genéticos funcionales a partir de ADN de secuencia aleatoria y determinar sus secuencias consenso. ^{[ 75 ]} Las selecciones genéticas identificaron promotores de E. coli ^{[ 76 ]} y elementos TATA de levadura, ^{[ 77 ]} y una selección bioquímica identificó sitios de unión de Gcn4. ^{[ 78 ]} Además, se generaron nuevas β-lactamasas con especificidad alterada frente a diferentes antibióticos o resistencia a inhibidores suicidas mediante la sustitución del sitio activo de la β-lactamasa por un oligonucleótido altamente degenerado. ^{[ 79 ]}

Struhl inventó el análisis funcional del ADN evolutivamente irrelevante para abordar cuestiones mecanicistas independientemente de las restricciones evolutivas, algo que no se puede hacer con experimentos estándar en organismos nativos. El análisis de ADN de especies de levadura evolutivamente distantes en la levadura S. cerevisiae mostró que el posicionamiento de los nucleosomas está determinado predominantemente por factores específicos de la especie, no por la secuencia de ADN, ^{[ 80 ]} y que los potenciadores fortuitos estimulan inevitablemente la transcripción bidireccional de los ARN potenciadores. ^{[ 81 ]} Dicha transcripción bidireccional representa el estado fundamental sobre el cual la evolución actúa para favorecer la transcripción de ARN codificantes frente a no codificantes. ^{[ 81 ]}

Struhl desarrolló el concepto de ruido transcripcional como eventos funcionalmente insignificantes que ocurren en las células vivas debido a la fidelidad imperfecta de los procesos biológicos y calculó que aproximadamente el 90 % de las moléculas de Pol II en elongación en levadura representaban ruido transcripcional. ^{[ 42 ]}   El análisis funcional de un cromosoma de secuencia aleatoria confirmó este alto nivel de ruido transcripcional y mostró que reflejaba una iniciación no específica de bajo nivel en numerosos sitios. ^{[ 82 ]}

Struhl descubrió un interruptor epigenético de células no transformadas a células transformadas, un nuevo tipo de paso en la progresión del cáncer distinto de la mutación o la metilación del ADN. ^{[ 83 ]}  Este interruptor epigenético está mediado por un bucle de retroalimentación inflamatoria positiva que involucra el papel conjunto de los factores de transcripción NF-κB, STAT3, AP-1 y TEAD junto con los coactivadores YAP/TAZ, así como Let7 y otros microARN. ^{[ 84 ] [ 85 ] [ 86 ]}  También descubrió un equilibrio dinámico entre células madre cancerosas y células cancerosas no madre mediado por la interleucina 6 ^{[ 87 ]} y definió el circuito transcripcional que media el interruptor bifásico entre estos estados fisiológicos. ^{[ 88 ] [ 89 ]}

Struhl demostró que la metformina, el fármaco de primera línea para el tratamiento de la diabetes tipo 2, elimina selectivamente las células madre cancerosas y actúa junto con la quimioterapia para inhibir la progresión tumoral y prolongar la remisión. ^{[ 90 ] [ 91 ]}  La metformina ejerce sus efectos sobre la transformación celular y el crecimiento de las células madre cancerosas a través de su efecto inhibidor sobre la vía inflamatoria. ^{[ 92 ]}