Anar al contingut

Empalme de ARN

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià

El empalme d'ARN, ayuste de ARN o splicing de ARN (de l'anglés RNA splicing, en a on splice significa en anglés empalmar o unir; «ayuste» és un terme mariner que es referix al empalme de dos vetes o peces de fusta) és un procés co-transcripcional de maduració del ARN del com eliminen certs fragments seqüencials. Este procés és molt comú en eucariota, podent-se donar en qualsevol tipo d'ARN encara que és més comú en l'ARN mensager (ARNm). També s'ha descrit en els ARNr i ARNt de procariota i bacteriòfecs. Normalment consistix en eliminar els intrones (regions no codificantes) del transcrito primari i posteriorment unir els exones (regions codificantes); encara que existixen atres tipos d'ajust a on s'eliminen intrones i/o retenen exones (vore empalme alternatiu).[1]

En el cas dels gens en codificació nuclear, el empalme té lloc dins del núcleu durant o immediatament despuix de la transcripció. Per a aquells gens eucariota que contenen intrones, generalment es requerix el ayuste per a crear una molècula de ARNm que puga traduir-se en proteïna. Per a molts intrones eucariota, el empalme es porta a terme en una série de reaccions que són catalisades pel espliceosoma.

Ilustració del procés de empalme des de pre-ARN a ARN.

Rutes de empalme

En la naturalea existixen diversos métodos de empalme del ARN; el mecanisme d'ajust depén de l'estructura de l'intrón empalmado i dels catalisadors necessaris per a que es produïxca el empalme.

Complex espliceosomal

Espliceosoma

l'espliceosoma és un complex format per cinc ribonucleoproteínas nuclears menudes o snRNP (complex format per unes dèu proteïnes més una chicoteta molècula d'ARN). El ARN dels snRNP és l'encarregat de reconéixer l'intrón. S'han identificat dos tipos de espliceosomas, el major i el menor, cada u dels quals conté diferents tipos de snRNP.

Intrones

La paraula intrón es deriva dels térmens «regió intragénica»[2] i «intracistrón»,[3] és dir, un segment de ADN que es troba entre dos exones d'un gen. El vocable «intrón» es referix tant a la seqüència de ADN dins d'un gen com a la seqüència corresponent en la transcripció de ARN sense processar. Com a part de la via de processament del ARN, els intrones s'eliminen per mig de l'empalme del ARN poc despuix o al mateix temps que la transcripció.[4] Els intrones es troben en els gens de la majoria dels organismes i molts virus. Poden ubicar-se en una àmplia gama de gens, inclosos els que generen proteïnes, ARN ribosómico (ARNr) i ARN de transferència (ARNt).[5]

Dins dels intrones, es requerixen un lloc donant (extrem 5' de l'intrón), un lloc de ramificació (prop de l'extrem 3' de l'intrón) i un lloc acceptor (extrem 3' de l'intrón) per al empalme. El lloc donant de empalme inclou una seqüència GU casi invariable en l'extrem 5' de l'intrón, dins d'una regió més gran i menys conservada. El lloc acceptor de brot i empalme en l'extrem 3' de l'intrón termina en una seqüència AG casi invariable. Ascendent (direcció 5') de la AG hi ha una regió rica en pirimidinas (C i O), o tram de polipirimidina. Més dalt del tram de polipirimidina es troba el punt de ramificació, que inclou un nucleòtit d'adenina involucrat en la formació de l'enllaç.[6] La seqüència de consens per a un intrón (en la notació d'àcit nucleico IUPAC) és: G-G- [talle] -G-U-R-A-G-U (sitie donant) ... seqüència de l'intrón ... C-U-R-A-Y (seqüència de ramificació 20-50 nucleòtits cadena dalt del sitie acceptor) ... I-ric-NCAG- [talle] -G (sitie acceptor).[7] No obstant, s'observa que la seqüència específica d'elements de empalme intrónicos i el número de nucleòtits entre el punt de ramificació i el lloc acceptor 3' més propenc afecten la selecció del lloc de empalme.[8][9] Ademés, les mutacions puntuals en el ADN subjacent o els errors durant la transcripció poden activar un lloc de empalme críptico en part de la transcripció que generalment no es empalma. Açò dona com resultat un ARN mensager madur en una secció faltante d'un exón. D'esta manera, una mutació puntual, que d'un atre modo podria afectar solament a un aminoàcit, pot manifestar-se com una deleción o truncació en la proteïna final.

Formació i activitat

L'ensamblage i l'activitat de l'espliceosoma es produïxen durant la transcripció del pre-ARNm. Els components de ARN dels snRNP interactuen en el intrón i participen en la catálisis. S'han identificat dos tipos de espliceosomas (major i menor) que contenen diferents snRNP.

Espliceosoma major

Està format pels snRNP U1, U2, U4, U5 i U6. Reconeix la seqüència consens GU (Guanina-Uracilo) de l'extrem 5’ del intrón aixina com la seqüència consens AG de l'extrem 3’. El 99 % dels intrones ho fan a través d'este mecanisme.

  • Complex I: U1 s'unix a la seqüència consens GU de l'extrem 5’ del lloc de cort del intrón, junt en les proteïnes accessòries ASF/SF2, U2AF, SF1/BBP.
  • Complex A: U2 s'unix al lloc de ramificació i hidroliza ATP. El lloc de ramificació se situa a una distància de 20-40 nucleòtits de l'extrem 3’ del intrón i en ell es localisa la seqüència consens CURAY.
  • Complex B1: U5, U4 i U6 trimerizan, i U5 s'unix al exón 5’ i U6 a U2.
  • Complex B2 – U1 és lliberat, U5 passa del exón al intrón i U6 s'unix a l'extrem 5’ del lloc de cort.
  • Complex C1: U4 és lliberat, U5 s'unix al lloc de empalme de l'extrem 3’ del exón, U6 i U2 catalizan la reacció de transesterificació i l'extrem 5’ del intrón és tallat; com a resultat es forma una estructura en llaç característica denominada lariat.
  • Complex C2: l'extrem 3’ del intrón és tallat lo que provoca la lliberació del llaç de ARN. A continuació els exones són lligats, lo que comporta despesa d'ATP. Per últim, el complex es disocia.
Espliceosoma menor

És similar al Espliceosoma major encara que els intrones eliminats per mig d'este mecanisme són escassos, i ademés presenten diferències en els llocs de brot i empalme. També es diferencien en les seqüències consens reconegudes, que en este cas són AU i AC per als extrems 3’ i 5’, respectivament. Ademés, llevat la partícula snRNP U5, el restant són anàlecs funcionals denominades U11 (anàlec funcional de la U1), U12 (U2), O4atac (U4) i O6atac(U6).

Empalme recursivo

En la majoria dels casos, el empalme elimina els intrones com a unitats individuals de les transcripcions del ARNm precursor. No obstant, en alguns casos, especialment en ARNm en intrones molt llarcs, el ayuste ocorre en passos, en part d'un intrón eliminat i despuix el intrón restant es empalma en un pas següent. Açò s'ha trobat primer en el gen Ultrabithorax (Ubx) de la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster, i alguns atres gens de Drosophila, pero també s'han informat casos en humans.[10][11]

Trans-empalme

El trans-empalme és una forma de empalme que elimina intrones o outrones i unix dos exones que no estan dins de la mateixa transcripció de ARN.[12]

Autoempalme

Existixen dos tipos d'intrones que actuen com ribozimas, els intrones del grup I i els del grup II. La similitut en el mecanisme de brot i empalme d'estos intrones i l'espliceosoma sugerix que provablement varen evolucionar junts encara que també s'ha propost que el autoempalme va sorgir durant el món de ARN.

Ilustració del mecanisme bioquímic de l'autoayuste.

Intrones del grup I

  • El grup OH 3’ d'un nucleòsit lliure de guanina o del propi intrón o un cofactor (GMP, GDP o GTP) ataca al fosfat del lloc de brot 5’. Lo que dona lloc al brot del intrón pel seu extrem 5’ i a la formació del lariat (estructura en llaç).
  • El grup OH 3’ del exón porta a terme un atac nucleofílico contra l'extrem 3’ del intrón, lo que origina la seua cort i la lliberació de l'estructura en llaç.
  • Els exones són units.

Intrones del grup II

  • El grup OH 2’ d'una adenosina específica del intrón ataca el lloc de brot 5’, originant l'estructura en llaç (lariat).
  • El grup OH 3’ del exón porta a terme un atac nucleofílico contra l'extrem 3’ del intrón, lo que origina la seua cort i la lliberació de l'estructura en llaç.
  • Els exones són units.

Empalme de ARNt

És un mecanisme de brot i empalme poc usual que s'observa en ARNt. El mecanisme involucra diferents rutes bioquímiques diferents al espliceosomal i el autosplicing.

El empalme de ARNt (també similar al ARNt) és una atra forma rara de ayuste que generalment ocorre en ARNt. La reacció de empalme implica una bioquímica diferent a la de les vies espliceosomal i autoempalme.

En el rent Saccharomyces cerevisiae, un heterotetrámero de endonucleasa de empalme de ARNt de rent, compost de TSEN54, TSEN2, TSEN34 i TSEN15, escindix el pre-ARNt en dos llocs del bucle acceptor per a formar un ARNt mig 5', que termina en un 2' 3'-grup fosfodiéster cíclico i una mitat de ARNt 3', que terminen en un grup 5'-hidroxilo, junt en un intrón descartat.[13] A continuació, la quinasa de ARNt de rent fosforila el grup 5'-hidròxil usant trifosfato d'adenosina. La fosfodiesterasa cíclica del ARNt de rent escindix el grup fosfodiéster cíclico per a formar un extrem 3' fosforilado en 2'. La ligasa de ARNt de rent agrega un grup de monofosfato d'adenosina a l'extrem 5' de la mitat 3' i unix les dos mitats.[14] La 2'-fosfotransferasa depenent de NAD despuix elimina el grup 2'-fosfat.[15][16]

Referències

  1. ↑ «empalme» (en castellà). Real Acadèmia Nacional de Medicina d'Espanya.
  2. ↑ Gilbert, Walter(1978-02).«Why gens in pieces?».Nature.271(5645): 501–501.ISSN 0028-0836.doi:10.1038/271501a0.Consultat el 2020-11-07.(en en)
  3. ↑ Tonegawa, S.; Maxam, A. M.; Tizard, R.; Bernard, O.(1978-03-01).«Sequence of a mouse germ-line gene for a variable region of an immunoglobulin light chain.».Proceedings of the National Academy of Sciences.75(3): 1485–1489.ISSN 0027-8424.doi:10.1073/pnas.75.3.1485.Consultat el 2020-11-07.
  4. ↑ Tilgner, H.; Knowles, D. G.; Johnson, R.; Davis, C. A.(2012-09-01).«Deep sequencing of subcellular RNA fractions shows splicing to be predominantly co-transcriptional in the human genome but inefficient for lncRNAs».Genome Research.22(9): 1616–1625.ISSN 1088-9051.doi:10.1101/gr.134445.111.Consultat el 2020-11-07.
  5. ↑ William Roy, Scott; Gilbert, Walter(2006-03).«The evolution of spliceosomal introns: patterns, puzles and progress».Nature Reviews Genetics.7(3): 211–221.ISSN 1471-0056.doi:10.1038/nrg1807.Consultat el 2020-11-07.
  6. ↑ Black, Douglas L.(2003-06).«Mechanisms of Alternative Pre-Messenger RNA Splicing».Annual Review of Biochemistry.72(1): 291–336.ISSN 0066-4154.doi:10.1146/annurev.biochem.72.121801.161720.Consultat el 2020-11-07.
  7. ↑ Majumder, Kakoli. «Thomson Reuters releases the 2016 Journal Citation Reports». Editage Insights. Consultat el 2020-11-07.
  8. ↑ Taggart, Allison J; DeSimone, Alec M; Shih, Janice S; Filloux, Madeleine I(2012-06-17).«Large-scale mapping of branchpoints in human pre-mRNA transcripts in viu».Nature Structural & Molecular Biology.19(7): 719–721.ISSN 1545-9993.doi:10.1038/nsmb.2327.Consultat el 2020-11-07.
  9. ↑ Corvelo, André; Hallegger, Martina; Smith, Christopher W. J.; Eyras, Eduardo(2010-11-24).«Genome-Wide Association between Branch Point Properties and Alternative Splicing».PLoS Computational Biology.6(11): i1001016.ISSN 1553-7358.doi:10.1371/journal.pcbi.1001016.Consultat el 2020-11-07.
  10. ↑ Sibley, Christopher R.; Emmett, Warren; Blazquez, Lorea; Far, Ana(2015-05).«Recursive splicing in long vertebrate gens».Nature.521(7552): 371–375.ISSN 0028-0836.doi:10.1038/nature14466.Consultat el 2020-11-07.(en en)
  11. ↑ Duff, Michael O.; Olson, Sara; Wei, Xintao; Garrett, Sandra C.(2015-05-21).«Genome-wide identification of zero nucleotide recursive splicing in Drosophila».Nature.521(7552): 376–379.ISSN 1476-4687.doi:10.1038/nature14475.Consultat el 2020-11-07.
  12. ↑ Vaig donar Segni, Gianfranco; Gastaldi, Serena; Tocchini-Valentini, Glauco P.(2008-05-13).«Cis- and trans-splicing of mRNAs mediated by tRNA sequences in eukaryotic cells».Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.105(19): 6864–6869.ISSN 1091-6490.doi:10.1073/pnas.0800420105.Consultat el 2020-11-07.
  13. ↑ Trotta, Christopher R; Miao, Feng; Arn, Eric A; Stevens, Scott W(1997-06).«The Yeast tRNA Splicing Endonuclease: A Tetrameric Enzyme with Two Active Site Subunits Homologous to the Archaeal tRNA Endonucleases».Cell.89(6): 849–858.doi:10.1016/S0092-8674(00)80270-6.Consultat el 2020-11-07.(en en)
  14. ↑ Westaway, Shawn K.; Abelson, John (2014-04-30). tRNA, ASM Press, pp. 79–92. ISBN 978-1-68367-273-9. Consultat el 2020-11-07.
  15. ↑ Paushkin, Sergey V; Patel, Meenal; Fúria, Bansri S; Peltz, Stuart W(2004-04).«Identification of a Human Endonuclease Complex Reveals a Link between tRNA Splicing and Pre-mRNA 3′ End Formation».Cell.117(3): 311–321.ISSN 0092-8674.doi:10.1016/s0092-8674(04)00342-3.Consultat el 2020-11-07.
  16. ↑ Soma, Akiko(2014-04-01).«Circularly permuted tRNA gens: their expression and implications for their physiological relevance and development».Frontiers in Genetics.5ISSN 1664-8021.doi:10.3389/fgene.2014.00063.Consultat el 2020-11-07.
Obtingut de «https://lenciclopedia.org/w/index.php?title=Empalme_de_ARN&oldid=1604895»