Anatomia Gênica: Éxons, Íntrons e Variantes de Splicing

Os genes eucarióticos são divididos: suas instruções de codificação de proteínas (éxons) são interrompidas por trechos não codificadores (íntrons) que são transcritos, mas depois removidos antes que a mensagem seja utilizada. Ao escolher quais éxons manter, um único gene pode produzir vários mRNAs e proteínas distintos através do splicing alternativo, tornando a anatomia éxon-íntron uma importante fonte de complexidade biológica.

Definition

Éxons são os segmentos de um gene retidos no RNA maduro, íntrons são os segmentos intervenientes removidos durante o processamento do RNA, e variantes de splicing (isoformas) são os transcritos maduros distintos produzidos quando os éxons de um gene são unidos em diferentes combinações.

Scope

Este tópico aborda a arquitetura éxon-íntron dos genes, o processo de splicing que remove os íntrons e une os éxons, e o splicing alternativo como o mecanismo que gera múltiplas variantes de transcritos a partir de um gene. Ele trata a anatomia gênica como material de referência e educacional; os mecanismos de doenças relacionadas ao splicing são descritos em termos gerais, em vez de como orientação clínica.

Core questions

• O que distingue um éxon de um íntron?
• Como o splicing remove íntrons e une éxons com precisão?
• Como o splicing alternativo produz múltiplas proteínas a partir de um gene?
• Por que a interrupção de um sítio de splicing altera a função gênica?

Key concepts

• Éxon
• Íntron
• Gene dividido (interrompido)
• Splicing de pré-mRNA e o spliceossomo
• Sítios doadores e aceptores de splicing
• Splicing alternativo
• Isoforma de transcrito
• Éxons constitutivos versus alternativos

Mechanisms

Após a transcrição, o spliceossomo reconhece sequências nas fronteiras dos íntrons — os sítios doadores (5') e aceptores (3') de splicing — e excisa cada íntron, ligando os éxons flanqueadores em um RNA maduro contínuo. Como a inclusão de éxons é regulada, um gene pode montar diferentes combinações de seus éxons em diferentes células ou condições, produzindo variantes de splicing alternativas a partir de um único locus; isso expande dramaticamente a capacidade de codificação de proteínas do genoma. O padrão de splicing alternativo é, por si só, evolutivamente variável e tecido-específico, contribuindo para as diferenças entre tipos de células e espécies.

Clinical relevance

Variantes que caem em sítios de splicing ou que criam ou destroem sinais de splicing podem alterar quais éxons são incluídos e, portanto, modificar ou abolir o produto de um gene, razão pela qual as variantes que afetam o splicing são uma classe importante na interpretação de variantes. Este tópico descreve a base estrutural de tais efeitos para referência e educação e não fornece orientação diagnóstica ou de tratamento.

Epidemiology

O splicing alternativo é generalizado: a grande maioria dos genes multi-éxon humanos produz mais de uma variante de splicing, e a prevalência e o padrão de splicing diferem marcadamente entre tecidos e entre espécies de vertebrados, tornando-o uma característica quase universal da expressão gênica eucariótica, em vez de uma exceção.

Evidence & guidelines

O modelo de gene dividido baseia-se na demonstração direta de que as sequências de mRNA são descontínuas com seus genes, e o escopo do splicing alternativo foi quantificado por estudos em todo o transcriptoma, mostrando tanto sua prevalência quanto sua divergência evolutiva entre espécies.

History

Em 1977, dois grupos mostraram independentemente que os mRNAs de adenovírus eram processados a partir de segmentos separados no genoma, revelando que os genes podem ser interrompidos por íntrons; isso derrubou a suposição de colinearidade e levou ao conceito de gene dividido. Trabalhos subsequentes estabeleceram o splicing como um processo regulado e o splicing alternativo como um gerador generalizado de diversidade do proteoma.

Key figures

• Phillip Sharp
• Richard Roberts
• Susan Berget
• Benjamin Blencowe

Seminal works

• berget-1977
• nilsen-graveley-2010
• barbosa-morais-2012

Frequently asked questions

Os íntrons são apenas preenchimento inútil?

Não. Os íntrons são removidos da mensagem madura, mas carregam sinais de splicing, podem hospedar elementos reguladores e RNAs não codificadores, e sua presença permite o splicing alternativo, sendo, portanto, partes funcionalmente importantes da anatomia gênica.

Como um gene pode produzir várias proteínas?

Através do splicing alternativo: ao incluir ou pular éxons específicos, a célula monta diferentes mRNAs maduros a partir do mesmo gene, cada um dos quais pode ser traduzido em uma isoforma de proteína distinta.