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EL AYUSTE, O CORTE DE INTRONES Y EXONES (SPLICING)
El splicing es un proceso de
edición post-transcripcional que se produce tras la obtención del ARN
mensajero primario. El ARN mensajero primario es la transcripción
`literal` de ADN a ARN. En los genes de eucariotas no todo el ADN que se
transcribe en el mensajero primario va a ser traducido. En los
eucariotas existen regiones de ADN que no codifican aminoácidos
conocidas como intrones que están flanqueadas por señales de inicio y de
parada de la transcripción. Los fragmentos que sí van a codificar la
secuencia de aminoácidos de la futura proteína son los exones. Distintas
combinaciones de exones darán lugar a distintas isoformas de la
proteína madura. La generación de las isoformas se lleva a cabo mediante
el splicing alternativo. El splicing permite que en un
mismo gen pueda estar codificada la información necesaria para
sintetizar distintas proteínas ya que mediante este proceso a partir de
un mismo mensajero primario pueden obtenerse varias secuencias de ARN
mensajero maduro dependiendo de cuáles sean los exones que se combinen.
El mecanismo de splicing es una de las maneras de originar
distintas isoformas funcionales de una misma proteína en diferentes
tejidos o compartimentos celulares.
- el momento y la frecuencia con que un determinado gen es transcripto (control transcripcional);
- el procesamiento del ARNm transcripto (control de procesamiento de ARNm);
- las moléculas de mRNA que son exportadas del núcleo al citoplasma (control de transporte del mRNA);
- los ARNm que son traducidos por los ribosomas en el citoplasma (control de traducción);
- la vida media del ARNm (control de degradación del ARNm)
- la activación e inactivación de proteínas (control de la actividad de las proteínas). De todas estas etapas de regulación, la primera es la que resulta más económica para la célula. La transcripción en los eucariotas difiere de la de los procariotas en varios aspectos.
En los procariontes, los ribosomas se unen a una
molécula de ARNm en crecimiento y su traducción a una proteína comienza
aun antes de que se haya completado la transcrpción. A diferencia de los
anteriores la transcripción y la traducción de los eucariontes se
encuentran separadas en el tiempo y en el espacio. En la transcripción
de los eucariotas están implicadas tres ARN polimerasas
diferentes, cada una especializada en transcribir distintos tipos de
genes. Además, se requieren factores generales de transcripción, que
permiten la unión de las ARN polimerasas al promotor, así como una multiplicidad de proteínas regulatorias. Además, en los eucariotas los genes estructurales no están agrupados en operones como
lo están frecuentemente en los procariotas; la transcripción de cada
gen se regula por separado y cada gen produce un transcripto de ARN que
contiene la información codificada de un solo producto. Una vez que el
núcleo se ha completado la transcripción por medio de la ARN polimerasa
II, los transcriptos de ARNm (ARNm inmaduro o primario) se terminan de procesar modificando los extremos logrando las moléculas maduras antes de ser transportados al citoplasma celular a través de los poros nucleares. Este procesamiento incluye la adición
- de un casquete de metil-guanina (CAP) al extremo 5’ de la molécula cuando solo hay aproximadamente 20 pares de bases de largo. Su finalidad es proteger al ARNm de la degradación y como señal para uniese luego al ribosoma en la traducción.
- de una cola de poli-A al extremo 3’ al terminar la transcripción. Producido un clivado en un lugar específico del transcripto la poli A-polimersa , agrega una cola de adenina, generándole el extremo 3’.
- También se produce remoción de intrones y unión de exones en el RNAm antes de dejar el núcleo. Este proceso es conocido como empalme o "splicing"( Del inglés corte y empalme. ) El empalme alternativo de transcriptos de ARN idénticos en diferentes tipos de células puede producir diferentes moléculas de ARNm maduro que se traducen en diferentes polipéptidos.
- el extremo 5’del intrón es clivado y unido a otros sitio interno del intrón, cercano a su extremo 3’ llamado "sitio de ramificación" .
- Se produce el corte en el extremo 3’ del intrón y son empalmados los dos exones de cada lado, liberándose el ARNm maduro del spliceosoma.
- El intrón eliminado queda formando una estructura con forma de lazo, llamada "lariat", que posteriormente es degradado en el núcleo.
Resumiendo (Fig. 1):
La información genética codificada en el AND se
transcribe a una copia de ARN (transcripto primario). Esta copia luego
se modifica con la adición del casquete 5’ (CAP) y la cola de poli-A, la
escisión de los intrones y la unión de los exones (splicing). El mRNA
maduro luego va al citoplasma, donde se traduce a proteínas.
Mecanismo molecular de splicing.
Se trata de un mecanismo muy
exacto, pues de no serlo produciría un corrimiento del marco de lectura
en el mensaje transcripto. Los intrones son cortados del ARNm inmaduro
por un sistema específico que reconocen secuencias cortas dentro de él y
que se encuentra cerca de los límites con exones. Estas secuencias son
llamadas "sitio dador" (común en casi en todos los intrones), en el extremo 5’y "sitio aceptor", en el extremo 3’ (Fig. 2).
El trabajo del corte y empalme esta catalizado por una estructura pequeña, compuesta por ribonucleoproteinas nucleares llamadas snRNPs, constituidas por pequeños ARN nucleares (snARNs) asociado a proteínas. Su nombre es spliceosoma.
Esta estructura tiene a su cargo el reconocimiento de las secuencias
mencionadas anteriormente en los intrones y su posterior fijación. Luego
se desarrollan una secuencia de pasos que determinan el clivaje y
ligado de los intrones y exones (Fig. 3):
Se ha observado que ARNm inmaduros idénticos del
mismo gen se procesan en más de una forma. Esto significa que existen
diversos empalmes alternativos, los cuales desarrollaran diversos ARNm
maduros y por lo tanto distintos polipéctidos funcionales.
Splicing autocatalitico Los científicos estadounidenses Thomas Cech y Sidney Altman descubrieron que, además del Splicing que ocurre normalmente en el núcleo de células eucariontes y produce mRNA maduro, otro grupo de RNA sufre un tipo de Splicing
todavía más espectacular. Este tipo de mecanismo, la autocatálisis del
RNA, fue observado por primera vez por Cech y su grupo cuando estudiaban
al protista unicelular Tetrahymena y uno de sus RNA ribosómicos. Los científicos pudieron demostrar que un intrón
tiene una actividad catalítica de tipo enzimático, que lleva a cabo la
escisión y el empalme. Aunque los RNA autocatalíticos no son comunes,
luego se fueron encontrando otros ejemplos de este tipo de mecanismo de Splicing
en varios organismos, en general en RNA codificados por genes
mitocondriales (no en animales vertebrados) o de cloroplastos, en
algunos genes nucleares de células eucariontes como protistas y en
algunos genes de bacteriófagos. El descubrimiento de que el RNA puede
actuar como catalizador
hace más fácil el imaginar cómo comenzó la vida. Según Bruce M. Alberts
"uno sospecha que un primer acontecimiento crucial fue la aparición de
una molécula de RNA que podía catalizar su propia replicación".
BIBLIOGRAFIA
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