Sobre esquemas de lógica de transcripción combinatoria

Las células reciben una amplia variedad de señales celulares y ambientales, que a menudo se procesan de manera combinatoria para generar respuestas genéticas específicas. Aquí exploramos teóricamente los potenciales y limitaciones de la integración de señales combinatorias a nivel del control de la transcripción cis-regulatoria. Nuestro análisis sugiere que muchas funciones complejas de control de transcripción del tipo encontrado en eucariotas superiores ya son implementables dentro del sistema de transcripción bacteriano mucho más simple. Utilizando un modelo cuantitativo de transcripción bacteriana e invocando solo interacciones específicas proteína-ADN y una interacción débil similar a un pegamento entre proteínas regulatorias, mostramos esquemas explícitos para implementar funciones lógicas regulatorias de creciente complejidad seleccionando apropiadamente las fuerzas y organizando las posiciones relativas de las secuencias de ADN que se unen a proteínas relevantes en la región cis-regulatoria. Las arquitecturas que emergen son naturalmente modulares y evolutivas. Nuestros resultados sugieren que el aparato regulador de la transcripción es una máquina de computación "programable", que pertenece formalmente a la clase de máquinas de Boltzmann. Crítico para nuestros resultados es la capacidad de regular la expresión genética a distancia. En bacterias, esto puede lograrse para genes aislados a través de bucles de ADN controlados por la dimerización de proteínas unidas al ADN. Sin embargo, si se adoptara extensivamente en el genoma, la interacción a larga distancia puede causar un cruce intergénico no intencional, un efecto secundario perjudicial difícil de superar por los sistemas conocidos de regulación de transcripción bacteriana. Este puede ser un factor clave que limita la adopción de control de transcripción complejo a nivel genómico en bacterias. Se discuten las implicaciones de nuestros hallazgos para el control de transcripción combinatoria en eucariotas.