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SPLICING: CORTE Y EMPALME DE ARN

Definición Un gen hace referencia a la secuencia de ADN, la cual es necesaria para expresar distintos fenotipos. En ellos se encuentra la información requerida para la síntesis de distintas proteínas. En los organismo eucariotas, estas secuencias contienen una porción que no resulta de utilidad para la expresión de proteínas: los intrones. Para que el ARN pueda ser leído de una manera eficiente y eficaz, es necesario que estas secuencias sean eliminadas. El Splicing es un proceso mediante el cual las secuencias intrónicas son identificadas y eliminadas de los transcritos del pre-ARNm (precursor de las moléculas de ARN mensajero) y las secuencias exónicas aledañas son unidas para dar lugar a un ARNm maduro, que posteriormente será traducido a proteína. Este proceso resulta sumamente específico, pues si no lo fuera, se produciría un corrimiento del marco de lectura en el mensaje transcrito. Las alteraciones en el proceso ya mencionado han demostrado sumamente relacionadas en la gran mayoría de enfermedades originadas genéticamente. Tipos de intrones Los intrones son secuencias que no codifican para la síntesis de un aminoácido, actualmente se reconocen cuatro tipos de intrones. Los del tipo I y II tienen una capacidad autocatalítica, lo que significa que se separan de los exones sin necesidad de alguna proteína externa. Esta separación puede ser llevada a cabo gracias a una reacción de transesterificación. Estos grupos son no son muy frecuentes en el genoma. Los intrones del grupo III son exclusivos de los organismos eucariotas y son los que se presentan más frecuentemente en genes nucleares. Estos intrones son muy similares a los del grupo II en secuencia y estructura, pero necesitan de un conjunto de proteínas con función catalítica (spliceosoma) para ser activados. Finalmente, el grupo IV agrupa los intrones que se encuentran en los ARNt. A diferencia de los tres grupos anteriores, estos requieren endonucleasas para que el intrón sea eliminado y ligasas para unir los exones.

Spliceosoma El spliceosoma es un complejo formado por cinco ribonucleoproteínas nucleares pequeñas o snRNP. Este complejo está encargado de la identificación y eliminación de los intrones en el proceso de splicing. Se han identificado dos tipos de spliceosomas, mayor y el menor, diferenciados uno del otro por sus tipos de snRNP. Spliceosoma mayor y menor El spliceosoma mayor está formado por cinco ribonucleoproteínas nucleares pequeñas, abundantes en uridina, las snRNP U1, U2, U4, U5 y U6. El spliceosoma menor está encargado de procesar un determinado tipo de intrones minoritarios llamados U12, los cuales representan menos del 0.5% de todos los intrones. Con la excepción de la snRNP U5, el resto de las snRNP que conforman al spliceosoma menor, U11, U12, U4atac y U6tac, son específicas. SIn embargo, las estructuras de estas snRNP son sumamente similares a sus equivalentes en el spliceosoma mayor. Algunas fuentes han propuesto que el spliceosoma menor tiene acción también fuera del núcleo, aunque actualmente aún no hay evidencias contundentes de que las reacciones relacionadas al splicing puedan ocurrir en el citoplasma. Secuencias básicas y reguladoras de splicing Los pre-ARN facilitan el proceso de reconocimiento de un intrón por parte de la maquinaria del splicing mediante secuencias intrónicas que han sido conservadas durante la evolución. Al inicio del intrón se localiza el sitio donador o de splicing 5’, mientras que en lado opuesto se requiere de tres secuencias para reconocer el término del intrón, el sitio aceptor o de splicing 3’, el punto de ramificación y el tracto de polipirimidina. Además existen otras secuencias a lo largo de la molécula de pre-ARN en donde se pueden unir proteínas que regulan el proceso de splicing mediante la interacción con el espliceosoma. Según su localización en las regiones intrónicos y exónicas, así como su efecto estimulador o inhibidor, se pueden clasificar en: ● ● ● ●

Secuencias exónicas que estimulan el splicing Secuencias exónicas que reprimen el splicing Secuencias intrónicas que reprimen el splicing Secuencias intrónicas que estimulan el splicing

Proceso El proceso del splicing puede ser dividido en tres pasos principales: 1. Identicación de las secuencias donantes 5’ y sitio de ramicación por U1 y U2, respectivamente, ayudado por proteínas accesorias. 2. Formación de un plegamiento del ARN para acercar los tres sitios de corte y empalme, ayudado por U4, U5 y U6; en este momento, se produce el ataque nucleofílico de la adenina conservada en el sitio de ramicación en el enlace fosfodiéster de una guanina conservada del sitio donante 5’, formando un nuevo enlace fosfodiéster y una estructura llamada lazo intrónico. 3. Liberación de U1. Es reemplazado por U6. En la segunda reacción de transesteri cación el sitio donante 5’ libre se convierte en un nucleólo que ataca el sitio receptor 3’. Los exones se empalman y liberan el lazo intrónico. En este momento se libera U4 y entran en contacto U6 y U2, y la unión de los exones es mediada por U5. El ayustosoma es constantemente reciclado y reclutado por el CTD de la ARN pol II a través del TAT-SF1. Splicing alternativo (AS) Este es un proceso que permite la síntesis de distintas proteínas a partir de un mismo gen. Por este motivo, a pesar de que menos del 2% de nuestro genoma codifica para proteínas, se ha estimado que unas cien mil proteínas diferentes son fabricadas por tan solo veinticuatro mil genes. El splicing alternativo permite una variabilidad en las proteínas que serán sintetizadas por los genes, lo que permite una mayor adaptabilidad del organismo. Este proceso no debe verse como la causa de la complejidad de los organismo eucariotas, sino como una consecuencia de esa misma complejidad. Tipos de splicing alternativo Existen distintos tipos de AS, los cuales pueden ser clasificados en cuatro grupos principales. El primer tipo de AS es conocido como exon skipping. En este splicing alternativo, un exón reconocido no es incluido en la secuencia final de ARNm durante el proceso de splicing. Este grupo representa aproximadamente el 40% de AS que se dan en eucariotas superiores. Distintos estudios sugieren que este tipo de AS es, en buena parte, responsable de la complejidad fenotípica.

El segundo y tercer grupo está conformado por la selección alternativa de los sitios de splicing 3’ y 5’, los cuales representan entre el 18% y 8% de todos los AS en eucariotas superiores. El cuarto tipo se conforma por la retención de intrones, donde un intrón es incluido en la secuencia final de ARNm. Este tipo de AS representa únicamente el 5% de todos los que ocurren. Alteraciones Este proceso puede ser distinto en cada individuo debido a la variación genética o a la aparición de mutaciones que pueden afectar a los reguladores del splicing tanto en cis como en trans. Las alteraciones en cis produce productos de ARNm aberrantes debido a una pérdida, parcial o total, de exones, o a una retención, parcial o total, de intrones. Estas alteraciones pueden provocar un gran número de enfermedades, de las cuales destacan: Síndrome de Zellweger, distrofia muscular de Duchenne y el síndrome de QT-largo. Las mutaciones en trans, producen una falla en las proteínas del spliceosoma y sus auxiliares. Estas suelen causar muerte prematura en neonatos, así como severas enfermedades, como por ejemplo: retinitis pigmentaria, atrofia muscular espinal y el síndrome de Taybi-Linder. Bibliografía Salazar, A. M., Sandoval, A. S., & Armendáriz, J. S. . (2013). Transcripción . En Biología molecular: Fundamentos y aplicaciones en las ciencias de la salud(44-51). México: McGRAW-HILL. Jiménez-García, L. F., Lara Martínez, R., Gil Chavarría, I., Zamora Cura, A., Salcedo Álvarez, M., Agredano Moreno, L., ... & Segura Valdez, M. (2007). Biología celular del splicing. Mensaje bioquímico, 31, 141-156. Green, M. R. (1986). Pre-mRNA splicing. Annual review of genetics, 20(1), 671-708. Krebs, J., Goldstein, E., & Kilpatrick, S.. (2018). RNA Splicing and Processing. En LEWIN’S GENES XII(1902-2009). Estados Unidos: Jones & Bartlett Learning .

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