Empalme

los Empalme representa un proceso crucial durante la transcripción en el núcleo celular de eucariotas, durante el cual el mRNA maduro emerge del pre-mRNA. Los intrones que todavía están contenidos en el pre-ARNm después de la transcripción se eliminan y los exones restantes se combinan para formar el ARNm terminado.

Que es empalmar

El dogma central de la biología molecular establece que el flujo de información genética tiene lugar desde el ADN portador de información a través del ARN hasta la proteína. El primer paso en la expresión génica es lo que se conoce como transcripción. El ARN se sintetiza utilizando el ADN como plantilla. El ADN es el portador de la información genética, que se almacena allí con la ayuda de un código compuesto por las cuatro bases adenos, timina, guanina y citosina. El complejo de proteína ARN polimerasa lee la secuencia de bases del ADN durante la transcripción y produce el correspondiente "ARN pre-mensajero" (pre-ARNm para abreviar). En lugar de timina, siempre se incorpora uracilo.

Los genes están formados por exones e intrones. Los exones son aquellas partes del genoma que en realidad codifican información genética. Por el contrario, los intrones representan secciones no codificantes dentro de un gen. Los genes almacenados en el ADN están atravesados ​​por secciones largas que no corresponden a ningún aminoácido en la proteína posterior y no contribuyen a la traducción.

Un gen puede tener hasta 60 intrones, con longitudes entre 35 y 100.000 nucleótidos. En promedio, estos intrones son diez veces más largos que los exones. El pre-mRNA producido en el primer paso de la transcripción, también conocido como mRNA inmaduro, todavía contiene tanto exones como intrones. Aquí es donde comienza el proceso de empalme.

Los intrones deben eliminarse del pre-mRNA y los exones restantes deben unirse. Solo entonces el ARNm maduro puede abandonar el núcleo celular e iniciar la traducción.

El empalme se realiza principalmente con la ayuda del espliceosoma (alemán: espliceosoma). Está compuesto por cinco snRNP (pequeñas partículas nucleares de ribonucleoproteína). Cada uno de estos snRNPs consta de un snRNA y proteínas. Algunas otras proteínas que no forman parte de los snRNP también forman parte del espliceosoma. Los spliceosomas se dividen en espliceosomas mayores y menores. El espliceosoma principal procesa más del 95% de todos los intrones humanos, el espliceosoma menor se hace cargo principalmente de los intrones ATAC.

Por la explicación del empalme, Richard John Roberts y Phillip A. Sharp recibieron el Premio Nobel de Medicina en 1993. Thomas R. Cech y Sidney Altman recibieron el Premio Nobel de Química en 1989 por su investigación sobre el empalme alternativo y el efecto catalítico del ARN.

Función y tarea

Durante el proceso de empalme, el espliceosoma se forma de nuevo a partir de sus partes individuales. En los mamíferos, el snRNP U1 se acumula primero en el sitio de empalme 5 'e inicia la formación del espliceosoma restante. El snRNP U2 se une al punto de ramificación del intrón. El tri-snRNP también se une.

El espliceosoma cataliza la reacción de empalme mediante dos transesterificaciones sucesivas. En la primera parte de la reacción, un átomo de oxígeno del grupo 2'-OH de una adenosina de la "secuencia de puntos de ramificación" (BPS) ataca un átomo de fósforo de un enlace fosfodiéster en el sitio de empalme 5 '. Esto libera el exón 5 'y hace circular el intrón. El átomo de oxígeno del grupo 3'-OH ahora libre del exón 5 'ahora se une al sitio de empalme 3', por lo que los dos exones se conectan y se libera el intrón. El intrón adquiere una conformación aerodinámica, llamada lazo, que luego se descompone.

En contraste con esto, los espliceosomas no juegan un papel en el auto-empalme. Aquí los intrones están excluidos de la traducción por la estructura secundaria del propio ARN. El empalme enzimático del ARNt (ARN de transferencia) ocurre en eucariotas y arqueas, pero no en bacterias.

El proceso de empalme debe tener lugar con la máxima precisión exactamente en el límite exón-intrón, ya que una desviación de un solo nucleótido conduciría a una codificación incorrecta de aminoácidos y, por lo tanto, a la formación de proteínas completamente diferentes.

El empalme de un pre-ARNm puede resultar diferente debido a las influencias ambientales o al tipo de tejido. Esto significa que se pueden formar diferentes proteínas a partir de la misma secuencia de ADN y, por lo tanto, el mismo pre-ARNm. Este proceso se conoce como empalme alternativo. Una célula humana contiene alrededor de 20.000 genes, pero es capaz de producir varios cientos de miles de proteínas gracias al empalme alternativo. Aproximadamente el 30% de todos los genes humanos tienen empalme alternativo.

El empalme ha jugado un papel importante en la evolución. Los exones a menudo codifican dominios individuales de proteínas, que pueden combinarse entre sí de diferentes formas. Esto significa que se puede producir una gran variedad de proteínas con funciones completamente diferentes a partir de unos pocos exones. Este proceso se llama mezcla de exones.

Enfermedades y dolencias

Algunas enfermedades hereditarias pueden surgir en estrecha relación con el empalme. Las mutaciones en los intrones no codificantes generalmente no conducen a errores en la formación de proteínas. Sin embargo, si se produce una mutación en una parte de un intrón que es importante para la regulación del corte y empalme, esto puede conducir a un corte y empalme defectuoso del pre-ARNm. El ARNm maduro resultante codifica entonces proteínas defectuosas o, en el peor de los casos, dañinas. Este es el caso, por ejemplo, de algunos tipos de beta-talasemia, una anemia hereditaria. Otros representantes de enfermedades que se desarrollan de esta manera son, por ejemplo, el síndrome de Ehlers-Danlos (EDS) tipo II y la atrofia muscular espinal.