Splicing (genética): qué es, tipos, splicing alternativo
¿Qué es el splicing?
El splicing o proceso de corte y empalme de ARN es un fenómeno molecular que ocurre en organismos eucariotas tras la transcripción del ADN a ARN e involucra la eliminación de los intrones de un gen, conservando los exones. Es considerado fundamental en la expresión génica.
Ocurre mediante eventos de eliminación del enlace fosfodiéster entre los exones y los intrones y la posterior unión del enlace entre los exones.
El splicing ocurre en todos los tipos de ARN; sin embargo, es más relevante en la molécula de ARN mensajero. También puede ocurrir en moléculas de ADN y de proteínas.
Puede que al momento de ensamblar los exones, estos sufran un arreglo o cualquier tipo de cambio. Este evento se conoce como splicing alternativo y tiene importantes consecuencias biológicas.
¿En qué consiste el splicing?
Un gen es una secuencia de ADN con la información necesaria para expresar un fenotipo. El concepto de gen no se restringe estrictamente a las secuencias de ADN que se expresan como proteínas.
El “dogma” central de la biología involucra el proceso de transcripción de ADN a una molécula intermediaria, el ARN mensajero. Este a su vez se traduce en proteínas con ayuda de los ribosomas.
Sin embargo, en los organismos eucariotas estas largas secuencias de genes se encuentran interrumpidas por un tipo de secuencias que no son necesarias para el gen en cuestión: los intrones. Para que el ARN mensajero pueda traducirse de manera eficaz, estos intrones deben ser eliminados.
El splicing de ARN es un mecanismo que involucra varias reacciones químicas, usado para remover elementos que interrumpen la secuencia de cierto gen. Los elementos que se conservan se denominan exones.
¿Dónde ocurre el splicing?
El espliceosoma es un complejo enorme de naturaleza proteica que se encarga de catalizar los pasos del splicing. Está formado por cinco tipos de ARN pequeño-nucleares, denominados U1, U2, U4, U5 y U6, además de una serie de proteínas.
Se especula que el espliceosoma participa en el plegamiento del pre–ARNm para alinearlo de manera correcta con las dos regiones donde ocurrirá el proceso de splicing.
Este complejo es capaz de reconocer la secuencia consenso que la mayoría de los intrones poseen cerca de sus extremos 5’ y 3’. Cabe destacar que se han encontrado genes en los metazoos que no poseen estas secuencias y usan otro grupo de ARN pequeño-nuclear para su reconocimiento.
Tipos de splicing
En la literatura, el término splicing suele ser aplicado al proceso que involucra al ARN mensajero. No obstante, existen diferentes procesos de splicing que ocurren en otras biomoléculas importantes.
Las proteínas también pueden experimentar splicing, en este caso es una secuencia de aminoácidos la que se retira de la molécula.
El fragmento eliminado se denomina “inteína”. Este proceso ocurre de modo natural en los organismos. La biología molecular ha logrado crear diversas técnicas utilizando este principio que involucran la manipulación de proteínas.
Del mismo modo, el splicing también ocurre a nivel del ADN. Así, dos moléculas de ADN que anteriormente estaban separadas, son capaces de unirse por medio de enlaces covalentes.
Tipos de splicing de ARN
Por otro lado, dependiendo del tipo de ARN, existen diferentes estrategias químicas en las que el gen puede deshacerse de los intrones.
Particularmente el splicing del pre-ARNm es un proceso complicado, ya que involucra una serie de pasos catalizados por el espliceosoma. Químicamente, el proceso ocurre por reacciones de transesterificación.
En las levaduras, por ejemplo, el proceso inicia con la rotura de la región 5’ en el sitio de reconocimiento, se forma el “lazo” intron-exon mediante un enlace 2’-5’ fosfodiéster. El proceso continúa con la formación de una brecha en la región 3’, y por último ocurre la unión de los dos exones.
Algunos de los intrones que interrumpen los genes nucleares y de la mitocondria pueden realizar su splicing sin la necesidad de enzimas o de energía, sino por medio de reacciones de transesterificación. Dicho fenómeno fue observado en el organismo Tetrahymena thermophila.
En contraste, la mayoría de los genes nucleares pertenecen al grupo de intrones que necesitan maquinaria que catalice el proceso de eliminación.
Splicing alternativo
En los seres humanos se ha reportado que existen cerca de 90.000 proteínas diferentes, y anteriormente se pensaba que debían existir un número idéntico de genes.
Con la llegada de nuevas tecnologías y del proyecto genoma humano, se pudo concluir que solamente poseemos unos 25.000 genes. Entonces, ¿cómo es posible que tengamos tantas proteínas?
Puede que los exones no se ensamblen en el mismo orden en que fueron transcritos al ARN, sino que se arreglen estableciendo combinaciones novedosas.
A este fenómeno se le conoce como splicing alternativo. Por esta razón, un solo gen transcrito puede producir más de un tipo de proteínas.
Esta incongruencia entre el número de proteínas y el número de genes fue dilucidada en 1978 por el investigador Gilbert, dejando atrás el concepto tradicional de “por un gen hay una proteína”.
Funciones
Para Kelemen y colaboradores (2013), “una de las funciones de este evento es incrementar la diversidad de ARN mensajeros, además de regular las relaciones entre proteínas, entre proteínas y ácidos nucleicos y entre proteínas y membranas”.
Según estos autores, “el splicing alternativo se encarga de regular la localización de las proteínas, sus propiedades enzimáticas y su interacción con ligandos”. También se ha relacionado con los procesos de diferenciación celular y del desarrollo de los organismos.
A la luz de la evolución pareciera ser un mecanismo importante para el cambio, ya que se ha encontrado una proporción alta de organismos eucariotas superiores que sufren eventos elevados de splicing alternativo. Además de jugar un papel importante en la diferenciación de las especies y en la evolución del genoma.
Splicing alternativo y cáncer
Existe evidencia de que cualquier error en estos procesos puede llevar a un funcionamiento anormal de la célula, produciendo graves consecuencias para el individuo. Dentro de estas patologías potenciales resalta el cáncer.
Es por ello que se ha propuesto el splicing alternativo como un marcador biológico novedoso para estas condiciones anormales en las células.
Igualmente, si se logra entender a fondo la base del mecanismo por la que ocurre la enfermedad, se podrían sugerir soluciones para las mismas.
Referencias
- Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). Bioquímica. Reverté.
- De Conti, L., Baralle, M., & Buratti, E. (2013). Exon and intron definition in pre‐mRNA splicing. Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA, 4(1), 49–60.
- Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, Y., Shen, M., Falaleeva, M., & Stamm, S. (2013). Function of alternative splicing. Gene, 514(1), 1–30.
- Lamond, A. (1993). The spliceosome. Bioessays,15(9), 595–603.
- Vila–Perelló, M., & Muir, T. W. (2010). Biological Applications of Protein Splicing. Cell, 143(2), 191–200.