Procesamiento y Empalme de ARN

Cómo un transcrito primario crudo es capeado, empalmado y poliadenilado para convertirse en un ARN mensajero maduro, y cómo el empalme alternativo expande la producción de proteínas de un genoma.

Definition

El procesamiento de ARN es el conjunto de modificaciones que maduran un transcrito primario, principalmente la adición de la caperuza 5', la eliminación de intrones por empalme y la escisión 3' y poliadenilación; el empalme es la escisión precisa de intrones y la ligación de exones llevada a cabo por el espliceosoma.

Scope

Este tema cubre las modificaciones co- y post-transcripcionales que convierten un transcrito primario eucariota en un ARNm funcional: el capeado 5', la eliminación de intrones y la unión de exones por el espliceosoma, y la escisión 3' y la poliadenilación. También aborda el empalme alternativo como fuente de diversidad proteica. El procesamiento de ARN no codificantes se menciona, pero se desarrolla con mayor profundidad en el área de biología del ARN.

Core questions

• ¿Por qué los genes eucariotas están interrumpidos por intrones y cómo se eliminan estos?
• ¿Qué modificaciones protegen y definen los extremos de un ARNm?
• ¿Cómo reconoce el espliceosoma con precisión los límites exón-intrón?
• ¿Cómo permite el empalme alternativo que un gen codifique varias proteínas?

Key theories

Organización de genes divididos

Las secuencias codificantes de proteínas eucariotas están interrumpidas por intrones que se transcriben pero se eliminan del ARNm maduro, un descubrimiento que estableció que los genes y sus transcritos finales no son colineales.

Empalme alternativo como generador de diversidad

Al unir diferentes combinaciones de exones del mismo transcrito primario, el empalme alternativo permite que un solo gen especifique múltiples proteínas distintas, expandiendo enormemente la complejidad del proteoma.

Mechanisms

A medida que avanza la transcripción, el transcrito naciente recibe una caperuza 5' modificada que lo protege y ayuda en pasos posteriores. Los intrones son eliminados por el espliceosoma, un complejo de ribonucleoproteínas nucleares pequeñas que reconoce las secuencias del sitio de empalme, une los extremos del intrón y cataliza dos reacciones de transesterificación que escinden el intrón como un lazo y unen los exones flanqueantes. El extremo 3' se genera por escisión en una señal de poliadenilación, seguida de la adición de una cola de poli(A). El uso regulado de sitios de empalme alternativos produce diferentes ARNm maduros a partir de un mismo transcrito.

Clinical relevance

Las mutaciones que alteran los sitios de empalme o los factores de empalme causan numerosas enfermedades genéticas, y se han desarrollado terapias dirigidas al empalme para algunas de ellas; presentado como significado más que como guía clínica.

History

El descubrimiento en 1977 de los genes divididos por los grupos de Sharp y Roberts derrocó la suposición de genes y ARNm colineales y dio inicio al estudio del empalme; posteriormente se caracterizaron el espliceosoma y el empalme alternativo, trabajo reconocido con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1993.

Key figures

• Phillip Sharp
• Richard Roberts

Seminal works

• berget1977
• lodish2016

Frequently asked questions

¿Cuál es la diferencia entre un intrón y un exón?

Los intrones son secuencias intervinientes que se eliminan del transcrito primario durante el empalme; los exones son los segmentos que se retienen y se unen en el ARNm maduro.

¿Por qué es importante la caperuza 5'?

Protege el ARNm de la degradación y es reconocida por la maquinaria que exporta y posteriormente traduce el mensaje.