Procesamiento y maduración del ARNm

En eucariotas, un ARN mensajero no emerge de la transcripción listo para su uso. El transcripto primario (pre-ARNm) debe ser encapuchado en su extremo 5', sus intrones deben ser eliminados mediante empalme (splicing), y debe ser escindido y poliadenilado en su extremo 3' antes de que pueda ser exportado del núcleo y traducido. Estos pasos de procesamiento acoplados convierten un transcripto crudo en un ARNm maduro, estable y traducible.

Definition

El procesamiento y la maduración del ARNm es el conjunto de reacciones post-transcripcionales —encapuchamiento 5', eliminación de intrones mediante empalme (splicing), y escisión y poliadenilación del extremo 3'— que convierten un pre-ARNm eucariota en un ARN mensajero maduro, exportable y traducible.

Scope

Este tema abarca los tres pasos principales co-transcripcionales y post-transcripcionales que maduran un ARNm eucariota —el encapuchamiento 5', el empalme (splicing) y la escisión/poliadenilación 3'— junto con el acoplamiento entre ellos, la exportación nuclear y las vías de control de calidad que supervisan los transcriptos aberrantes. El empalme (splicing) se trata en profundidad en su propio tema; aquí es una etapa en el proceso de maduración. La entrada tiene un propósito educativo y de referencia.

Core questions

• ¿Qué modificaciones convierten un pre-ARNm en un ARNm maduro funcional?
• ¿Cómo se acoplan el encapuchamiento, el empalme (splicing) y la poliadenilación a la transcripción y entre sí?
• ¿Cómo reconoce y elimina la célula los transcriptos procesados incorrectamente?
• ¿Cómo influyen las características del procesamiento, como la caperuza (cap) y la cola de poli(A), en la traducción y estabilidad posteriores?

Key concepts

• Caperuza de 7-metilguanosina 5'
• Escisión y poliadenilación 3'
• Pre-ARNm y ARNm maduro
• Acoplamiento co-transcripcional
• Exportación nuclear del ARNm
• Vigilancia del ARNm y decaimiento mediado por sin sentido (nonsense-mediated decay)
• ARN catalítico en el procesamiento

Mechanisms

A medida que la ARN polimerasa II transcribe un gen, el extremo 5' naciente es encapuchado con 7-metilguanosina, lo que protege el transcripto y es reconocido posteriormente por la maquinaria de traducción. Los intrones son escindidos y los exones unidos mediante empalme (splicing), y el extremo 3' es escindido en un sitio definido y extendido con una cola de poli(A). Estos eventos están físicamente acoplados a la polimerasa y entre sí, de modo que el procesamiento ocurre en gran medida mientras la transcripción aún está en curso. El ARNm maduro, marcado por su caperuza (cap) y cola de poli(A), es exportado al citoplasma; la caperuza y la cola también ayudan a definir el mensaje para una iniciación eficiente de la traducción. Los transcriptos que están mal empalmados (mis-spliced) o que contienen codones de parada prematuros son reconocidos por vías de vigilancia y degradados, lo que ilustra el estricto control de calidad sobre el conjunto maduro. Que el ARN puede catalizar por sí mismo la química del procesamiento se estableció con el descubrimiento de los intrones auto-empalmables (self-splicing).

Clinical relevance

Los defectos en el encapuchamiento del ARNm, la poliadenilación y la vigilancia contribuyen a enfermedades humanas, y la caperuza (cap) y la cola de poli(A) son características de diseño centrales en las vacunas y terapias basadas en ARN. Esta entrada describe esa biología como antecedente educativo y no constituye una base para el diagnóstico individual o las decisiones de tratamiento.

History

El reconocimiento a finales de la década de 1970 de que los genes eucariotas están divididos, con exones codificantes interrumpidos por intrones que deben ser eliminados, transformó la visión de la expresión génica e hizo del procesamiento una característica definitoria del ARNm eucariota. La caperuza 5' y la cola de poli(A) 3' fueron caracterizadas en la misma época, y el hallazgo posterior de que algunos intrones se auto-empalman (self-splice) demostró que el ARN puede catalizar su propia maduración.

Key figures

• Phillip Sharp
• Richard Roberts
• Thomas Cech
• Aaron Shatkin

Seminal works

• kruger-1982
• sonenberg-2009

Frequently asked questions

¿Cuáles son los tres pasos principales que maduran un ARNm eucariota?

Adición de una caperuza de 7-metilguanosina 5', eliminación de intrones mediante empalme (splicing), y escisión del extremo 3' seguida de la adición de una cola de poli(A).

¿Por qué son importantes la caperuza (cap) y la cola de poli(A) después del procesamiento?

Estabilizan el ARNm y son reconocidos por la maquinaria de traducción, ayudando a que el mensaje maduro sea traducido eficientemente; también marcan el transcripto como correctamente procesado para su exportación.