SPLICING (GENÈTICA): EN QUÈ CONSISTEIX, TIPUS - BIOLOGIA - 2025

El splicing, o procés de tall i entroncament d'ARN, és un fenomen que ocorre en organismes eucariotes després de la transcripció de l'ADN a ARN i involucra l'eliminació dels introns d'un gen, conservant els exons. És considerat fonamental en l'expressió gènica.

Ocorre mitjançant esdeveniments d'eliminació de l'enllaç fosfodiéster entre els exons i els introns i la posterior unió de l'enllaç entre els exons. El splicing passa en tots els tipus d'ARN, però és més rellevant en la molècula d'ARN missatger. També pot ocórrer en molècules d'ADN i de proteïnes.

Font: By BCSteve, from Wikimedia Commons

Pot ser que a l'hora d'acoblar els exons, aquests pateixin un arranjament o qualsevol tipus de canvi. Aquest esdeveniment es coneix com splicing alternatiu i té importants conseqüències biològiques.

En què consisteix?

Un gen és una seqüència d'ADN amb la informació necessària per expressar un fenotip. El concepte de gen no es restringeix estrictament a les seqüències d'ADN que s'expressen com proteïnes.

El "dogma" central de la biologia involucra el procés de transcripció d'ADN a una molècula intermediària l'ARN missatger. Aquest al seu torn es tradueix en proteïnes amb ajuda dels ribosomes.

No obstant això, en els organismes eucariotes aquestes llargues seqüències de gens es troben interrompudes per un tipus de seqüències que no són necessàries per al gen en qüestió: els introns. Perquè l'ARN missatger pugui traduir-se de manera eficaç aquests introns han de ser eliminats.

El splicing d'ARN és un mecanisme que involucra diverses reaccions químiques usat per a remoure elements que estan interrompent la seqüència de cert gen. Els elements que es conserven es denominen exons.

On passa?

L'espliceosoma és un complex enorme de naturalesa proteica que s'encarrega de catalitzar els passos de l'splicing. Està format per cinc tipus d'ARN petits nuclears anomenats U1, U2, U4, U5 i U6, a més d'una sèrie de proteïnes.

S'especula que l'espliceosoma participa en el plegament de el pre-ARNm per alinear-lo de manera correcta amb les dues regions on passarà el procés de splicing.

Aquest complex és capaç de reconèixer la seqüència consens que la majoria dels introns posseeixen prop dels seus extrems 5 'i 3'. Cal destacar que s'han trobat gens en els metazous que no posseeixen aquestes seqüències i fan servir un altre grup d'ARN petit nuclears per al seu reconeixement.

tipus

En la literatura el terme splicing sol ser aplicat a el procés que involucra l'ARN missatger. No obstant això, hi ha diferents processos d'splicing que ocorren en altres biomolècules importants.

Les proteïnes també poden experimentar splicing, en aquest cas és una seqüència d'aminoàcids la qual es retira de la molècula.

El fragment eliminat s'anomena "inteína". Aquest procés ocorre de manera natural en els organismes. La biologia molecular ha aconseguit crear diverses tècniques usant aquest principi que involucren la manipulació de proteïnes.

De la mateixa manera, l'splicing també passa a nivell de l'ADN. Així, dos molècules d'ADN que anteriorment estaven separades amb capaços d'unir-se per mitjà d'enllaços covalents.

Tipus d'splicing d'ARN

D'altra banda, depenent de el tipus d'ARN ha diferències estratègies químiques en què el gen pot desfer-se dels introns. Particularment el splicing de pre-ARNm és un procés complicat, ja que involucra una sèrie de passos catalitzats pel espliceosoma. Químicament, el procés passa per reaccions de transesterificació.

En els llevats, per exemple, el procés s'inicia amb el trencament de la regió 5 'en el lloc de reconeixement, es forma el "llaç" intró-exó mitjançant un enllaç 2'-5' fosfodiéster. El procés continua amb la formació d'una bretxa en la regió 3 'i finalment ocorre la unió dels dos exons.

Alguns dels introns que interrompen els gens nuclears i del mitocondri poden realitzar la seva splicing sense la necessitat d'enzims o d'energia, sinó per mitjà de reaccions de transesterificació. Dit fenomen va ser observat en l'organisme Tetrahymena thermophila.

En contrast, la majoria dels gens nuclears pertanyen a el grup d'introns que necessiten maquinària que catalitzi el procés d'eliminació.

splicing alternatiu

En els éssers humans s'ha reportat que hi ha prop de 90.000 proteïnes diferents i anteriorment es pensava que havien d'existir un nombre idèntic de gens.

Amb l'arribada de noves tecnologies i de el projecte genoma humà es va poder concloure que només posseïm uns 25.000 gens. Llavors, com és possible que tinguem tantes proteïnes?

Pot ser que els exons no s'acoblen en el mateix ordre en què van ser transcrits a l'ARN, sinó que s'arreglin establint combinacions noves. A aquest fenomen se li coneix com splicing alternatiu. És per això que un sol gen transcrit pot produir més d'un tipus de proteïnes.

Aquesta incongruència entre el nombre de proteïnes i el nombre de gens va ser dilucidada en l'any 1978 per l'investigador Gilbert, deixant enrere el concepte tradicional de "per un gen hi ha una proteïna".

Font: By National Human Genome Research Institute (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif), via Wikimedia Commons

funcions

Per Kelemen i col·laboradors (2013) "una de les funcions d'aquest esdeveniment és incrementar la diversitat d'ARN missatgers, a més de regular les relacions entre proteïnes, entre proteïnes i àcids nucleics i entre proteïnes i membranes."

Segons aquests autors "l'splicing alternatiu s'encarrega de regular la localització de les proteïnes, les seves propietats enzimàtiques i la seva interacció amb lligands". També s'ha relacionat amb els processos de diferenciació cel·lular i de el desenvolupament dels organismes.

A la llum de l'evolució semblés ser un mecanisme important per al canvi, ja que s'ha trobat una proporció elevada d'organismes eucariotes superiors que pateixen esdeveniments elevats de splicing alternatiu. A més de jugar un paper important en la diferenciació de les espècies i en l'evolució de l'genoma.

Splicing alternatiu i càncer

Existeix evidència que qualsevol error en aquests processos pot portar a un funcionament anormal de la cèl·lula, produint greus conseqüències per a l'individu. Dins d'aquestes patologies potencials ressalta el càncer.

És per això que s'ha proposat a splicing alternatiu com un marcador biològic nou per a aquestes condicions anormals en les cèl·lules. Igualment, si s'aconsegueix entendre a fons la base de l'mecanisme per la qual passa la malaltia, es podrien proposar solucions per a aquestes.

referències

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Bioquímica. Reverté.
2. De Conti, L., Baralle, M., & Buratti, I. (2013). Exon and intró definition in pre-mRNA splicing. Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA, 4 (1), 49-60.
3. Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, I., Shen, M., Falaleeva, M., & Stamm, S. (2013). Function of alternative splicing. Gene, 514 (1), 1-30.
4. Lamond, A. (1993).The spliceosome. Bioessays, 15 (9), 595-603.
5. Roy, B., Haupt, LM, & Griffiths, LR (2013). Review: Alternative Splicing (AS) of Gens As An Approach for Generating Protein Complexity. Current Genomics, 14 (3), 182-194.
6. Vila-Perelló, M., & Muir, TW (2010). Biological Applications of Protein Splicing. Cell, 143 (2), 191-200.
7. Liu, J., Zhang, J., Huang, B., & Wang, X. (2015). Mechanism of alternative splicing and its application in diagnosi and treatment of leukemia. Chinese Journal of Laboratory Medicine, 38 (11), 730-732.