Empalme alternativo y función del ARN no codificante

El empalme alternativo permite que un solo gen genere múltiples ARN mensajeros distintos —y a menudo múltiples proteínas— al unir exones en diferentes combinaciones, expandiendo significativamente la producción funcional del genoma. Los ARN no codificantes, transcritos que no se traducen a proteínas, añaden una capa reguladora adicional, actuando sobre la transcripción, el empalme, la estabilidad del ARN y la cromatina. Juntos, estos fenómenos explican cómo un número modesto de genes sustenta la complejidad del transcriptoma.

Definition

El empalme alternativo es el proceso regulado mediante el cual diferentes combinaciones de exones de un único ARN pre-mensajero se unen para producir transcritos maduros distintos, mientras que la función del ARN no codificante se refiere a los roles reguladores y estructurales de los transcritos de ARN que no se traducen a proteínas.

Scope

Este tema abarca el proceso regulado del empalme alternativo (inclusión y exclusión de exones, selección del sitio de empalme y diversidad de isoformas) y las principales clases y funciones del ARN no codificante, desde pequeños ARN reguladores hasta ARN largos no codificantes. Es una referencia conceptual y metodológica dentro de la transcriptómica y no proporciona orientación clínica.

Core questions

• ¿Cómo se reconocen y seleccionan los sitios de empalme para que un gen produzca varias isoformas de transcritos?
• ¿Cómo expande el empalme alternativo la diversidad del proteoma y el transcriptoma?
• ¿Cuáles son las principales clases de ARN no codificante y cómo regulan la expresión génica?
• ¿Cómo detectan y cuantifican las isoformas y los transcritos no codificantes los métodos de alto rendimiento?

Key concepts

• Exones, intrones y el espliceosoma
• Inclusión y exclusión de exones
• Definición de sitios de empalme y exones
• Diversidad de isoformas de transcritos
• ARN reguladores pequeños (p. ej., microARN)
• ARN largos no codificantes (lncRNA)
• Regulación postranscripcional
• Elementos y factores reguladores del empalme

Mechanisms

Durante el empalme, el espliceosoma elimina los intrones de un ARN pre-mensajero y liga los exones; cuando la elección del sitio de empalme está regulada, el mismo pre-ARNm puede procesarse en diferentes transcritos maduros mediante la inclusión de exones, la exclusión de exones o el uso alternativo de sitios de empalme y de inicio/fin. El reconocimiento de los límites correctos depende de las secuencias de los sitios de empalme y de los elementos reguladores a los que se unen los factores de empalme, razón por la cual la definición de exones es un proceso finamente ajustado, como revisaron Keren y sus colegas. Los ARN no codificantes operan a través de mecanismos complementarios: los ARN reguladores cortos guían la represión de los ARN mensajeros diana, mientras que los ARN largos no codificantes pueden servir de andamiaje para complejos proteicos, guiar modificadores de la cromatina o modular la transcripción, como examinaron Ponting y sus colegas. Estudios a nivel genómico, como el proyecto ENCODE, mostraron que una gran fracción del genoma se transcribe en ARN no codificante, lo que subraya la amplitud de esta capa reguladora; los métodos de secuenciación que capturan las uniones de empalme permiten detectar y cuantificar isoformas y transcritos no codificantes.

Clinical relevance

El empalme aberrante y los ARN no codificantes desregulados están implicados en muchas enfermedades y son un área activa de investigación de biomarcadores y terapias. Como tema de referencia, esta entrada explica cómo se describe y mide la biología de las isoformas y del ARN no codificante; no constituye una base para decisiones diagnósticas o de tratamiento individuales.

Evidence & guidelines

Las revisiones de referencia incluyen las de Keren y sus colegas sobre empalme alternativo y definición de exones, y las de Ponting y sus colegas sobre la función del ARN largo no codificante, complementadas por estudios de transcripción a nivel genómico del proyecto ENCODE. Estas son referencias metodológicas y conceptuales, más que guías clínicas.

History

El descubrimiento de los genes divididos y el empalme de ARN a finales de la década de 1970 reveló que los exones podían combinarse de formas alternativas, y durante las décadas siguientes el empalme alternativo fue reconocido como una fuente omnipresente de diversidad de transcritos y proteínas. Paralelamente, el estudio del ARN no codificante se expandió de unos pocos ARN funcionales bien conocidos a grandes clases de transcritos reguladores pequeños y largos no codificantes, y proyectos a nivel genómico de la década de 2000 documentaron una transcripción no codificante generalizada, redefiniendo gran parte del genoma como funcionalmente transcrito.

Debates

¿Cuánta transcripción no codificante es funcional?

Estudios a nivel genómico muestran que gran parte del genoma se transcribe en ARN no codificante, pero distinguir los transcritos con función biológica del ruido transcripcional sigue siendo objeto de debate, y la anotación funcional de los ARN largos no codificantes está rezagada con respecto a su descubrimiento.

Key figures

• Gil Ast
• Chris P. Ponting
• Wolf Reik

Seminal works

• keren-2010
• ponting-2009
• encode-2012

Frequently asked questions

¿Cómo puede un gen producir varias proteínas diferentes?

Mediante el empalme alternativo, los exones del ARN pre-mensajero de un solo gen pueden unirse en diferentes combinaciones, produciendo transcritos maduros distintos que pueden traducirse en diferentes isoformas proteicas. Esto expande enormemente la diversidad funcional sin aumentar el número de genes.

Si los ARN no codificantes no se traducen, ¿cómo actúan?

Funcionan como moléculas de ARN en lugar de como plantillas para proteínas. Los ARN reguladores pequeños pueden dirigir la represión de los ARN mensajeros diana, mientras que los ARN largos no codificantes pueden servir de andamiaje para complejos proteicos, guiar la maquinaria modificadora de la cromatina o influir en la transcripción.