Los promotores controlan la unión de la ARN polimerasa y los factores de transcripción. Dado que la región promotora dirige la transcripción de un gen diana, determina el momento de la expresión del gen y define en gran medida la cantidad de proteína recombinante que se producirá. Muchos promotores comunes, como los del CMV, el EF1A y el SV40, están siempre activos, por lo que se denominan promotores constitutivos. Otros sólo son activos en circunstancias específicas. En esta entrada, hablaremos de los promotores inducibles, que pueden pasar de un estado OFF a un estado ON, y de cómo podrías utilizarlos en tu investigación. Cuando termines con este artículo, echa un vistazo a nuestro artículo de seguimiento sobre los promotores reprimibles.

¿Cómo se regulan los promotores inducibles?

Los promotores inducibles pueden ser regulados por un control positivo o negativo.

Positivo inducible

En el estado OFF, el promotor está inactivo porque la proteína activadora no puede unirse. Después de que un inductor se una a la proteína activadora, ésta puede unirse al promotor, encendiéndolo e iniciando la transcripción.

Inducibles negativos

En el estado OFF, el promotor está inactivo porque una proteína represora unida impide activamente la transcripción. Una vez que un inductor se une a la proteína represora, ésta se retira del ADN. Con la proteína represora ausente, la transcripción se activa.

Tipos de promotores inducibles

Los agentes químicos, la temperatura y la luz son ejemplos de factores que pueden conducir a la inducción de un promotor. A continuación, encontrará una breve descripción de estos tres tipos de promotores inducibles y ejemplos de cada tipo. Muchos de estos sistemas de promotores están disponibles en Addgene!

Promotores inducibles químicamente

Los promotores regulados químicamente están entre los promotores inducibles más comunes. El sistema inducible positivo de tetraciclina ON (Tet-On), una herramienta versátil desarrollada para su uso en procariotas y eucariotas, funciona mediante activación directa. En este sistema, el activador rtTA (transactivador inverso controlado por tetraciclina) está normalmente inactivo y no puede unirse a los elementos de respuesta a la tetraciclina (TRE) en un promotor. La tetraciclina y sus derivados sirven como agentes inductores para permitir la activación del promotor.

Uno de los promotores procariotas más utilizados es el promotor negativo inducible pLac. Este promotor requiere la eliminación del represor lac (proteína lacI) para que se active la transcripción. En presencia de lactosa o del análogo de la lactosa IPTG, el represor lac sufre un cambio conformacional que lo retira de los sitios lacO dentro del promotor y cesa la represión del gen diana. Un sistema simplificado inducible por lac se encuentra en muchos vectores de expresión bacteriana.

El promotor inducible negativo pBad es otro promotor procariota popular que se utiliza a menudo para la purificación de proteínas bacterianas. Cuando la arabinosa está ausente, la proteína reguladora AraC se une a los sitios O e I1 aguas arriba de pBad, bloqueando la transcripción. La adición de arabinosa hace que AraC se una a los sitios I1 e I2, permitiendo que comience la transcripción. Además de la arabinosa, el AMPc complejado con la proteína activadora del AMPc (CAP) también puede estimular la unión de AraC a los sitios I1 e I2. El suplemento del medio de crecimiento celular con glucosa disminuye el AMPc y reprime pBad, disminuyendo la fuga del promotor.

Otros ejemplos de promotores inducidos químicamente incluyen los promotores positivos inducibles por alcohol y los regulados por esteroides, comúnmente utilizados en la investigación de plantas.

Subtipo de promotor	Ejemplo de promotor	Activador	Añadir plásmido/kit
Alcohol-regulado	Promotor de AlcA	AlcR	pGGA008 (AlcA) y pGGC011 (AlcR) del kit GreenGate de llama roja
Esteroides-regulado por esteroides	Promotor LexA	XVE (sintético)	pFZ19 (llama amarilla)

Promotores inducibles por temperatura

Los sistemas de expresión sensibles a la temperatura suelen ser menos permeables que los promotores inducidos químicamente; muestran una expresión casi nula a temperaturas normales, pero pueden ser inducidos por la exposición al calor o al frío. Algunos ejemplos son los promotores inducibles por choque térmico Hsp70 o Hsp90, en los que un gen de elección sólo se expresa tras la exposición a un breve choque térmico. En el caso del Hsp70, el choque térmico libera el factor 1 de choque térmico (HSF-1), que posteriormente se une a los elementos de choque térmico en el promotor, activando así la transcripción. Los depositarios de Addgene han desarrollado Cre y Cas9 inducibles por choque térmico para facilitar la ingeniería del genoma en especies como C. elegans y Drosophila.

Promotores inducibles por luz

La luz es otra forma de activar la expresión génica, y los sistemas de dos componentes utilizados en biología sintética utilizan la luz para regular la transcripción. El plásmido pDawn de la llama roja contiene la proteína YFI, que detecta la luz azul. Cuando la luz está ausente, YFI fosforila a FixJ, que se une al promotor FixK2 para inducir la transcripción del fago represor cI. El represor cI inhibe la transcripción del promotor del fago pR, impidiendo la expresión de un gen reportero. Cuando la luz está presente, YFI está inactivo, impidiendo la síntesis del represor cI y permitiendo la transcripción del gen reportero. Addgene también tiene sistemas de dos componentes regulados por la luz amarilla de la llama diseñados por el laboratorio Tabor.

¿Qué promotor inducible es el adecuado para mí?

Aquí hay una lista de algunas variables importantes a tener en cuenta a la hora de elegir un promotor inducible.

Sistema experimental

Debido a que la maquinaria de transcripción difiere entre tipos de células u organismos, los promotores son igualmente variables. Los promotores bacterianos sólo funcionan en las células procariotas y, por lo general, sólo en la misma especie o en especies estrechamente relacionadas de las que se derivan. Del mismo modo, los distintos tipos de células eucariotas (mamíferos, levaduras, plantas, etc.) requieren promotores únicos y hay muy poco cruce. El mecanismo de inducción también debe ser compatible con su sistema experimental.

Fugas

Si está expresando un gen que puede ser tóxico, es importante que su promotor inducible no sea demasiado fugaz. En el caso de los promotores procariotas inducibles, se sabe que pLac es ligeramente permeable, y pBad es probablemente una mejor opción ya que la expresión puede ser reprimida por la glucosa. Los promotores inducibles por temperatura también son conocidos por su baja permeabilidad.

Nivel de inducibilidad

¿Cuánto quiere inducir la transcripción de su gen objetivo? La fuerza de los promotores inducibles puede variar mucho. Si busca una alta inducibilidad, el sistema Tet-On puede ser una buena opción, ya que está documentado que induce la transcripción >1.000 veces cuando se activa.

Tiempo de retraso

El tiempo necesario para inducir un promotor determinado varía. Los promotores que sólo requieren la adición de un inductor externo, como los sistemas Tet, pueden activarse muy rápidamente. Por el contrario, los sistemas promotores que requieren la transcripción de un represor/inductor tendrán un mayor retardo debido al tiempo necesario para la transcripción/traducción.

Muchas gracias a Nicole Zurcher que contribuyó a la redacción de este artículo.

Recursos adicionales en el blog de Addgene:

• Plásmidos 101: La región promotora
• Plásmidos 101: Cre-lox
• Sistemas de dos componentes conmutables por luz para E. coli
• Visita otras publicaciones del blog de nuestra serie Plásmidos 101