¿qué es el proceso de splicing?

spliceosoma

El empalme de genes es una modificación postranscripcional en la que un solo gen puede codificar múltiples proteínas. El empalme de genes se realiza en los eucariotas, antes de la traducción del ARNm, mediante la inclusión o exclusión diferencial de regiones del ARNpre. El empalme de genes es una fuente importante de diversidad de proteínas. Durante un evento típico de splicing génico, el pre-ARNm transcrito de un gen puede dar lugar a diferentes moléculas de ARNm maduras que generan múltiples proteínas funcionales. Así, el splicing génico permite que un solo gen aumente su capacidad de codificación, permitiendo la síntesis de isoformas proteicas estructural y funcionalmente distintas. El splicing génico se observa en una elevada proporción de genes. En las células humanas, se sabe que alrededor del 40-60% de los genes presentan splicing alternativo.

Existen varios tipos de eventos de splicing génico comunes. Estos son los eventos que pueden ocurrir simultáneamente en los genes después de que el ARNm se forme a partir del paso de transcripción del dogma central de la biología molecular.

Omisión de exón: Es el mecanismo de splicing génico más comúnmente conocido, en el que se incluyen o excluyen exones del transcrito génico final, dando lugar a variantes de ARNm extendidas o acortadas. Los exones son las regiones codificantes de un gen y son responsables de producir proteínas que se utilizan en varios tipos de células para una serie de funciones.

tipos de empalme

Antes de que los organismos vivos puedan utilizar las instrucciones genéticas codificadas en el ADN, primero deben transcribir los genes en ARN, que llevan las instrucciones para construir las proteínas que llevarán a cabo el trabajo a realizar en una célula. Pero el proceso no es sencillo. A menudo, hay que eliminar trozos de ARN por el camino, un proceso llamado empalme.

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El doctor Jonathan Staley, profesor y director del Departamento de Genética Molecular y Biología Celular de la Universidad de Chicago, acaba de publicar un nuevo estudio en la revista Genes & Development que profundiza en el funcionamiento del proceso de empalme. Hablamos con él sobre lo que han descubierto él y sus colegas.

El splicing es un paso intermedio en el proceso de descodificación de nuestros genes en proteínas, los caballos de batalla de la célula. En este proceso, el ADN de nuestros genes se transcribe en ARN «mensajero», una molécula similar al ADN que sirve de plano para construir las proteínas. Sin embargo, antes de poder utilizar el ARN mensajero para construir proteínas, hay que eliminar algunos segmentos del mensaje, llamados intrones. Aunque los intrones se han descrito como basura, pueden eliminarse de una sola cadena de ARN de diferentes maneras para modificar el plano y la proteína resultante, con consecuencias de diferente función en la célula. Los cambios en los patrones de empalme permiten a los organismos adaptarse a medida que crecen y responden a su entorno. Los errores de empalme también son la base de numerosas enfermedades.

wikipedia

En la mayoría de los genes eucariotas (y en algunos procariotas), el ARN inicial que se transcribe a partir de la plantilla de ADN de un gen debe ser procesado antes de convertirse en un ARN mensajero maduro (ARNm) que pueda dirigir la síntesis de proteínas. Uno de los pasos de este procesamiento, llamado empalme del ARN, implica la eliminación o «empalme» de ciertas secuencias denominadas secuencias intermedias o intrones. Así, el ARNm final está formado por las secuencias restantes, llamadas exones, que se conectan entre sí mediante el proceso de empalme. El empalme del ARN se descubrió por primera vez en la década de 1970, dando un vuelco a años de pensamiento en el campo de la expresión génica.

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La regulación de los genes se estudió por primera vez de forma exhaustiva en sistemas bacterianos relativamente sencillos. La mayoría de los transcritos de ARN bacterianos no sufren empalme; se dice que estos transcritos son colineales, y que el ADN los codifica directamente. En otras palabras, existe una correspondencia de bases uno a uno entre el gen y el ARNm transcrito a partir del gen (exceptuando las regiones no codificantes 5′ y 3′). Sin embargo, en 1977, varios grupos de investigadores que trabajaban con adenovirus que infectan y se replican en células de mamíferos obtuvieron algunos resultados sorprendentes. Estos científicos identificaron una serie de moléculas de ARN que denominaron «mosaicos», cada uno de los cuales contenía secuencias de sitios no contiguos en el genoma viral (Berget et al., 1977; Chow et al., 1977). Estos mosaicos se encontraron en una fase tardía de la infección vírica. Los estudios de la infección temprana revelaron largos transcritos de ARN primario que contenían todas las secuencias de los ARN tardíos, así como lo que llegó a denominarse secuencias intermedias (intrones).

¿se produce el splicing en procariotas?

Las plantas, a diferencia de los animales, presentan un grado muy elevado de plasticidad en su crecimiento y desarrollo y emplean diversas estrategias para hacer frente a las variaciones durante los ciclos diurnos y las condiciones de estrés. Las plantas y los animales, a pesar de sus notables diferencias morfológicas y fisiológicas, comparten muchos procesos celulares básicos y mecanismos de regulación. El splicing alternativo (AS) es uno de esos mecanismos reguladores de los genes que modulan su expresión de múltiples maneras. En la actualidad está bien establecido que el AS prevalece en todos los eucariotas multicelulares, incluidas las plantas y los seres humanos. Las nuevas pruebas indican que en las plantas, al igual que en los animales, la transcripción y el splicing están acoplados. Aquí revisamos las pruebas recientes que apoyan el splicing cotranscripcional en las plantas y destacamos las similitudes y diferencias entre las plantas y los humanos. Una cuestión no resuelta en el campo del AS es hasta qué punto las isoformas de empalme contribuyen a la diversidad de las proteínas. Para analizar esta cuestión de forma crítica, presentamos un resumen exhaustivo del estado actual de la investigación en esta área tanto en plantas como en humanos, discutimos las limitaciones de los enfoques utilizados actualmente y sugerimos mejoras a los métodos actuales y enfoques alternativos. Terminamos con una discusión sobre el papel potencial de las modificaciones epigenéticas y el estado de la cromatina en la memoria de splicing en plantas sometidas a estrés.

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