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Empalme alternativo: importancia y definición

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Empalme alternativo: importancia y definición

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Descubierto en la década de 1970, los mecanismos de empalme de ARN 1 , 2 , 3 han sido bien caracterizados a través de numerosos estudios en sistemas eucariotas y procariotas. El empalme de ARN es un proceso bioquímico que implica la eliminación de secuencias no codificantes intrones de transcripciones de ARNm recién creadas. En este artículo, describimos los mecanismos de empalme alternativo yexplorar más a fondo su papel en la biología molecular.

¿Qué es el empalme alternativo?


El empalme alternativo es un mecanismo molecular que modifica las construcciones de pre-ARNm antes de
traducción . Este proceso puede producir una diversidad de ARNm a partir de un solo gen organizando secuencias codificantes exones de transcripciones de ARN empalmadas recientemente en diferentes combinaciones. Las transcripciones de ARNm creadas a partir de empalmes alternativos pueden traducirse en secuencias de aminoácidos variables que producen isoformas de proteínas condiferentes funciones. Los mecanismos que regulan el empalme alternativo 4 juegan un papel fundamental en la expresión génica debido a sus funciones espaciales y temporales en toda la biología.

¿Cuáles son los mecanismos de empalme alternativo?


antes del empalme de ARN
ARN polimerasa II produce transcripciones de pre-ARNm por transcripción de secuencias de genes en una colección de intrones no codificantes y exones que codifican proteínas. Cuando estas secuencias de pre-mRNA experimentan un empalme constitutivo, la eliminación de intrones va seguida de la unión de exones en su orden correspondiente al ADN. El empalme alternativo se desvía de este procesoa través de mecanismos que reorganizan el patrón de exones en secuencias de codificación alternativas que se traducen en diferentes proteínas.

Una descripción general del empalme alternativo. Este proceso puede producir una diversidad de ARNm a partir de un solo gen organizando secuencias codificantes exones de transcripciones de ARN empalmadas recientemente en diferentes combinaciones.

La producción de diferentes proteínas a partir de un solo gen es el resultado de la interacción entre las proteínas de unión a ARN RBP y los sitios de empalme ubicados a lo largo de la transcripción de pre-ARNm
5 . El RBP primario directamente involucrado en el empalme alternativo es el spliceosoma, un complejo de múltiples unidades que consta de ARN nucleares pequeños snRNA y varias proteínas. Una vez que los snRNA del spliceosoma reconocen los sitios de empalme a lo largo de la construcción de pre-mRNA, las proteínas de empalme dentroeste complejo puede alternar exones y eliminar intrones en consecuencia.


¿Cuáles son los tipos más comunes de empalmes alternativos?

Una descripción general de algunos de los tipos más comunes de empalmes alternativos.


Aquí hay un desglose de los tipos más comunes de empalmes alternativos.

  • salto de exón : este proceso implica la eliminación de ciertos exones y sus intrones adyacentes de las construcciones de ARNm antes de la traducción.
  • alternativo 5 ' o empalme de 3 ' : El empalme alternativo también puede estar mediado por la unión de exones en sitios de empalme alternativos 5 'o 3'.
  • retención de intrones : este tipo ocurre cuando las porciones no codificantes de un gen se retienen en la transcripción final del ARNm.

Si bien cada tipo de empalme alternativo descrito anteriormente es distinto entre sí, estos eventos pueden ocurrir simultáneamente después de que se forman las construcciones de pre-ARNm.

¿Por qué es importante el empalme alternativo?


Los mecanismos del empalme alternativo ayudan a explicar cómo un gen puede codificarse en numerosas proteínas con diversas funciones. Esta complejidad ayuda a impulsar la diferenciación celular y la diversidad observada en toda la biología.

Por ejemplo, la proteína muscular titina tiene varias formas que resultan de eventos de empalme alternativo
6 . Durante el desarrollo de un corazón fetal, los eventos de empalme generalmente crean titina transcripciones de ARNm con exones alternativos que se traducen en proteínas largas y elásticas. En los adultos, estos eventos de empalme son alterados por las RBP que alteran el espliceosoma a medida que se empalma titina pre-ARNm. La proporción resultante de proteínas de titina derivadas de este proceso alternativo conduce a un mayor número de proteínas más cortas que su contraparte fetal, una cualidad importante de un corazón adulto sano. Si bien ejemplos como este muestran la importancia fisiológica del empalme alternativo, la caracterización de tales eventos es todavía un esfuerzo continuo para los bioquímicos.

¿Cómo estudiamos el empalme alternativo?


Para caracterizar el fenómeno de empalme alternativo in vitro , las transcripciones de ARN únicas se pueden medir mediante
reacción en cadena de la polimerasa con transcripción inversa métodos RT-PCR 7 . Una vez que se extrae el ARN total de una fuente biológica, las construcciones de ARN únicas se detectan y cuantifican mediante RT-PCR y PCR cuantitativa qPCR, respectivamente. La aplicación de tecnología de secuencia de próxima generación como secuencia de ARN amplía nuestra capacidad para estudiar el papel de los eventos de empalme alternativo a través de la transcriptómica.

Aunque el empalme de ARN se descubrió originalmente en la década de 1970, la importancia del empalme alternativo para los seres humanos no pudo apreciarse completamente hasta que el Proyecto del Genoma Humano determinó que hay aproximadamente 22,000 genes codificadores de proteínas que se traducen en más de 90,000 proteínas diferentes
8 . La finalización de este proyecto global proporcionó una base de datos genómicos para el avance de proyectos de investigación posteriores como la Enciclopedia de Elementos del ADN ENCODE y el Proyecto del proteoma humano .

Referencias

  1. Berget SM, Moore C, Sharp PA. Segmentos empalmados en el extremo 5 'del ARNm tardío del adenovirus 2. Proc Natl Acad Sci EE. UU. . 1977; 74 8: 3171-3175. Doi : 10.1073 / pnas.74.8.3171
  2. Chow LT, Gelinas RE, Broker TR, Roberts RJ. Un arreglo de secuencia sorprendente en los extremos 5 'del ARN mensajero del adenovirus 2. Celda. 1977; 12 1: 1-8. Doi : 10.1016 / 0092-8674 77 90180-5
  3. Darnell JE Jr. Implicaciones del empalme de ARN-ARN en la evolución de las células eucariotas. ciencia . 1978; 202 4374: 1257-1260. Doi : 10.1126 / ciencia.364651
  4. Ramanouskaya TV, Grinev VV. Los determinantes del empalme alternativo de ARN en células humanas. Genómica de Mol Genet . 2017; 292 6: 1175-1195. Doi : 10.1007 / s00438-017-1350-0
  5. Wang, Y., Liu, J., Huang, B., Xu, Y., Li, J., Huang, L., Lin, J., Zhang, J., Min, Q., Yang, W., Wang, X. "Mecanismo de empalme alternativo y su regulación Revisión". Informes biomédicos 3 . 2015; 2: 152-158. Doi : 10.3892 / br.2014.407
  6. Tharp CA, Haywood ME, Sbaizero O, Taylor MRG, Mestroni L. El papel de la proteína gigante Titin en la miocardiopatía: modificaciones genéticas, transcripcionales y postraduccionales de TTN y su contribución a la enfermedad cardíaca . Fisiol delantero . 2019; 10: 1436. 2019. doi : 10.3389 / fphys.2019.01436
  7. Harvey SE, Cheng C. Métodos para la caracterización de empalmes alternativos de ARN. Métodos Mol Biol . 2016; 1402: 229-241. Doi : 10.1007 / 978-1-4939-3378-5_18
  8. Consorcio Internacional de Secuenciación del Genoma Humano. Finalización de la secuencia eucromática del genoma humano. Naturaleza . 431, 931–945 2004. Doi : 10.1038 / nature03001

Conozca al autor
Jonathan Dornell, PhD
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