Represor

Las dos lógicas del bloqueo

Un represor se une al ADN en un punto llamado operador, situado junto al promotor del gen o los genes que controla, o a una región equivalente llamada silenciador en organismos con núcleo. Existen dos formas opuestas de organizar ese control, según el sistema. En los operones inducibles, como el que regula el metabolismo de la lactosa, el represor nace activo por defecto y se desprende del ADN cuando aparece un inductor; ese mecanismo lo desarrollan las entradas dedicadas al operón y a la enzima inducible. En los operones represibles, el represor nace inactivo, recibe entonces el nombre de aporrepresor, y solo empieza a bloquear cuando un correpresor se une a él, como ocurre en la vía de síntesis del triptófano; ese caso concreto lo desarrolla la entrada dedicada al aporrepresor.

Del modelo teórico al aislamiento bioquímico

François Jacob y Jacques Monod postularon el represor en 1961 dentro del modelo del operón, como una pieza necesaria para explicar sus propios resultados genéticos. Dos años antes, con Arthur Pardee, habían visto que algo transmisible pasaba de una bacteria a otra en experimentos de fusión celular y apagaba genes que deberían haber estado activos. Sabían que esa molécula reguladora debía existir. No la habían visto ni tocado.

Aislarla costó otro lustro. Walter Gilbert y Benno Müller-Hill lo consiguieron en 1966 para el represor del operón lac, recurriendo a una cepa mutante que producía muchas más copias de la proteína de lo habitual. Hacía falta ese atajo: una célula normal contiene apenas una decena de moléculas del represor lac, una cantidad demasiado pequeña para purificar nada por los métodos de la época. Un año más tarde, Mark Ptashne aisló por un procedimiento distinto el represor del fago lambda, una proteína bastante más pequeña que la anterior. Ambos equipos demostraron además que sus proteínas se unían de forma específica al ADN del operador correspondiente, la confirmación experimental que el modelo de 1961 llevaba media década esperando.

La arquitectura molecular común

Saber que el represor existía y se unía al ADN no explicaba cómo lo reconocía entre los millones de pares de bases del genoma bacteriano. Esa respuesta tardó otra década larga en llegar, y llegó por cristalografía. En 1982, Carl Pabo y Mark Lewis resolvieron la estructura del dominio de unión al ADN del represor lambda y describieron un motivo llamado hélice-giro-hélice, una arquitectura que resultó compartida por represores de orígenes muy distintos. En 1985, un equipo dirigido por Paul Sigler resolvió la estructura del represor del triptófano, y dos años después, el mismo laboratorio comparó esa estructura con la del aporrepresor inactivo: la diferencia mostró que el triptófano activa la proteína desplazando dos brazos flexibles, los que finalmente encajan sobre el ADN.

El represor lac, el primero en aislarse bioquímicamente, fue paradójicamente el último en revelar su arquitectura completa. Mitchell Lewis y su equipo publicaron en 1996 la estructura del tetrámero entero, unido a la vez a su operador y a un inductor, treinta años después de que Gilbert y Müller-Hill lo tuvieran por primera vez en un tubo de ensayo.

Preguntas frecuentes

¿Un represor y un supresor tumoral son lo mismo?

No. Un supresor tumoral es un gen, o la proteína que codifica, cuya función normal frena la proliferación celular; su pérdida favorece el cáncer. Un represor, en el sentido genético clásico, bloquea genes concretos y no tiene relación directa con el control del ciclo celular. La entrada dedicada al supresor tumoral desarrolla ese otro concepto.

¿Por qué tardaron años en aislarse los represores tras proponerse su existencia?

Por su escasez. Una célula bacteriana contiene solo unas diez copias del represor lac, frente a las miles de copias de otras muchas proteínas. Gilbert y Müller-Hill rodearon el problema usando una cepa mutante que sobreproducía la proteína, una estrategia que desde entonces se emplea de forma rutinaria para purificar proteínas raras.

¿Todos los represores reconocen el ADN de la misma forma?

No exactamente. Comparten un motivo estructural, la hélice-giro-hélice, pero cada uno lo emplea para leer una secuencia distinta. Los detalles cambian de un represor a otro. Lo que se repite es la lógica del reconocimiento, no la secuencia reconocida.

¿Qué diferencia hay entre un represor y un correpresor?

Son cosas distintas aunque trabajen juntas en algunos sistemas. El represor es la proteína que se une al ADN. El correpresor es una molécula pequeña, casi siempre un metabolito, que se une a un represor inactivo y lo convierte en funcional. Sin correpresor, ese tipo de represor nunca llega a bloquear nada.

Referencias

1. Jacob F, Monod J. Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins. J Mol Biol. 1961;3:318-356.
2. Gilbert W, Müller-Hill B. Isolation of the lac repressor. Proc Natl Acad Sci U S A. 1966;56(6):1891-1898.
3. Ptashne M. Isolation of the lambda phage repressor. Proc Natl Acad Sci U S A. 1967;57(2):306-313.
4. Pabo CO, Lewis M. The operator-binding domain of lambda repressor: structure and DNA recognition. Nature. 1982;298(5873):443-447.
5. Schevitz RW, Otwinowski Z, Joachimiak A, Lawson CL, Sigler PB. The three-dimensional structure of trp repressor. Nature. 1985;317(6040):782-786.
6. Zhang RG, Joachimiak A, Lawson CL, Schevitz RW, Otwinowski Z, Sigler PB. The crystal structure of trp aporepressor at 1.8 Å shows how binding tryptophan enhances DNA affinity. Nature. 1987;327:591-597.
7. Lewis M, Chang G, Horton NC, Kercher MA, Pace HC, Schumacher MA, Brennan RG, Lu P. Crystal structure of the lactose operon repressor and its complexes with DNA and inducer. Science. 1996;271(5253):1247-1254.