13.1: Regulación del promotor GAL1

En la levadura, la glucólisis juega un papel importante en la producción de energía, y la glucosa es, de lejos, su fuente de carbono preferida. Los genes involucrados en el metabolismo de otras fuentes de carbono suelen ser reprimidos cuando hay glucosa disponible. Sin embargo, cuando la glucosa no está disponible, la levadura activa genes que metabolizan otras fuentes de energía disponibles, como la galactosa. La galactosa aumenta la transcripción de varios genes para enzimas que transportan galactosa a las células y finalmente la convierten en glucosa-6-fosfato (G6P), un intermedio en la glucólisis. El primer gen de la vía inducida por galactosa, GAL1, codifica galactoquinasa, la cual fosforila galactosa a galactosa-1-fosfato. (Echa un vistazo al enlace de vías GAL1 en SGD.) El promotor GAL1 se ha incorporado aguas arriba del sitio ORF tanto en los plásmidos pBG1805 como pYES2.1 y, por lo tanto, controla la transcripción de genes met/met y lacZ codificados por plásmidos en células transformadas.

La figura en la página opuesta proporciona una visión general simple de la expresión génica del promotor GAL1 en presencia de glucosa, rafinosa y galactosa. El promotor contiene sitios reguladores tanto negativos como positivos codificados dentro de su secuencia de ADN. En presencia de glucosa, las proteínas represoras se unen a los sitios reguladores negativos y reprimen la transcripción. El activador transcripcional Gal4p se une a sitios reguladores positivos. Gal4p es un factor de transcripción que se une al ADN como dímero. (La figura al inicio de este capítulo muestra la estructura cristalina de los dominios de unión al ADN y dimerización de Gal4p complejados con ADN). En presencia de glucosa, Gal4p está inactivo, porque se une a la proteína represora, Gal80p.

La represión de la glucosa se puede aliviar mediante el crecimiento de las células en una fuente pobre de carbono, como la rafinosa. La rafinosa es un trisacárido compuesto por galactosa, fructosa y glucosa. La rafinosa no es capaz de inducir altos niveles de expresión de GAL1, lo que requiere galactosa. En presencia de galactosa, la expresión del gen GAL1 aumenta ~1000 veces por encima del nivel observado en presencia de glucosa. Esta estimulación se debe principalmente a la actividad de Gal4p, que ya no se une a la proteína inhibidora Gal80p. Gal4p actúa como regulador maestro del metabolismo de la galactosa. Además de activar la transcripción de GAL1, Gal4p también se une a los promotores de los genes GAL7 y GAL10, que están situados adyacentes al gen GAL1 en el cromosoma 2 de levadura. Al igual que GAL1, los genes GAL7 y GAL10 codifican proteínas involucradas en el metabolismo de la galactosa.

Regulación del promotor GAL1. En presencia de glucosa, la transcripción se reprime porque las proteínas represoras se unen a sitios reguladores
en el ADN y al activador transcripcional Gal4p. La represión de glucosa se alivia en presencia de rafinosa, pero Gal4p permanece inactiva.
Gal4p activa la transcripción en presencia de galactosa debido a la eliminación de la proteína Gal80p.