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Splicing alternativo

El splicing alternativo es un método que utilizan las células para crear muchas proteínas a partir de la misma hebra de ADN. También se denomina splicing alternativo de ARN . En la traducción regular de ADN, las proteínas especializadas crean ARN mensajero (ARNm) a partir de la plantilla de ADN. Este ARNm luego llega a un ribosoma, donde el código de ARN se traduce en la estructura de una nueva proteína. En el splicing alternativo, las interacciones entre diferentes proteínas, la célula y el medio ambiente pueden hacer que diferentes segmentos del ADN original se omitan del ARNm. Cuando esto sucede, el ARNm alternativo se traduce en una proteína completamente diferente.

Las proteínas difieren solo en la disposición básica de sus aminoácidos , que está dictada por el ARNm. Una vez que eso se cambia, la función de la proteína cambia. Usando el método de splicing alternativo, los organismos pueden producir muchas más proteínas de las que su ADN podría indicar. Por ejemplo, los seres humanos tienen alrededor de 20.000 genes que codifican una proteína. Sin embargo, se cree que existen más de 100.000 proteínas diferentes en el cuerpo humano. El splicing alternativo crea estas diferentes formas.

¿Cómo funciona el splicing alternativo?

El splicing alternativo ocurre después de que se crea un ARNm primario a partir del ADN. Este proceso se llama transcripción, ya que los lenguajes del ARN y del ADN son básicamente los mismos. Ambos se basan en 4 bases de nucleótidos. Cuando un ribosoma lee este lenguaje, traduce el mensaje al lenguaje de las proteínas, que consta de alrededor de 21 aminoácidos.

Por lo tanto, antes de que un ARNm primario se traduzca en una proteína, primero debe modificarse y editarse. En el splicing normal, una proteína especial y un complejo de ARN llamado espliceosoma se adhiere al ARNm primario. El ARNm primario tiene varias regiones, llamadas intrones y exones. Estas regiones se mezclan y los intrones deben eliminarse para crear una proteína funcional.

El espliceosoma está especialmente equipado para eliminar los intrones. Los empaliceosomas constan de cuatro subunidades diferentes, llamadas ribonucleoproteínas nucleares pequeñas (snRNP o «snurp»). Cada «snurp» tiene dos pequeños ARN nucleares (snRNA). Estas cadenas especiales de ARN contienen secuencias de nucleótidos que coinciden con ubicaciones específicas en los exones y se unen a ellos. La porción de proteína del espliceosoma luego actúa como una enzima, eliminando los intrones y uniendo los exones. Este ARNm empalmado ahora está listo para traducirse en una proteína.

Sin embargo, también puede tener lugar un splicing alternativo. Si bien no se comprende bien el mecanismo completo, se sabe que ciertos factores químicos pueden estimular al espliceosoma para que funcione de diferentes maneras. Puede darse una señal para excluir un exón, o incluso múltiples exones del mRNA final. Otras señales y vías pueden hacer que el espliceosoma deje intactos los intrones o se salte grandes secciones de la proteína. Nuestros cuerpos tienen muchos usos diferentes para las proteínas y, a menudo, pueden usar el mismo modelo de ADN para producir muchas de estas proteínas. Consulte la sección de ejemplos para ver ejemplos específicos. A continuación se muestra un cuadro generalizado que muestra las diferentes formas en que un espliceosoma puede empalmar alternativamente un ARN primario.

Splicing alternativo

Existe otra forma de splicing alternativo, conocido como splicing trans, en el que un espliceosoma ensambla exones de dos genes diferentes. Este proceso genético solo se ha observado en unos pocos organismos unicelulares, pero podría ayudar a explicar su diversidad genética sin reproducción sexual. Si bien los organismos de reproducción sexual deben reproducirse para mezclar su genética y producir nuevas variedades, estos organismos pueden hacerlo mucho más rápido. Esta forma de splicing alternativo puede crear fácilmente funciones completamente nuevas en estos organismos, lo que puede resultar beneficioso.

Ejemplos de splicing alternativos

Genes de Neurexina

Los seres humanos tenemos 3 genes que codifican una familia de proteínas conocidas como neurexinas. Estas proteínas se incorporan a la membrana plasmática. Se extienden fuera de la membrana plasmática y en el espacio entre los nervios. Aquí, se unen a una proteína de la otra célula nerviosa. Este complejo de proteínas mantiene las células en su lugar. Si bien solo hay 3 genes diferentes que codifican las neurexinas, hay más de 3000 proteínas diferentes en la familia de las neurexinas.

Esto es posible mediante splicing alternativos. A medida que el espliceosoma procesa las moléculas primarias de ARNm de estos genes, está influenciado por varios genes promotores, moléculas en la célula y otras señales. Estos influyen en qué exones se incluyen en el ARNm final. El splicing alternativo puede hacer que las proteínas sean más grandes o más pequeñas, o que falten regiones, pero generalmente todavía produce una proteína funcional. De esta manera, cada variación del entorno celular o señal extracelular crea una proteína diferente con una función ligeramente diferente.

Si bien todas las proteínas de neurexina funcionarán manteniendo unida la sinapsis entre dos nervios, se teoriza la variación producida para hacer varias cosas. Primero, puede alterar la señal que viaja entre las dos neuronas. Esto podría producir un efecto necesario para que el cerebro procese la señal. Pueden emplearse diferentes proteínas en diferentes momentos, en diferentes células, en el mismo animal. Esto podría ser necesario para adaptarse a los diferentes entornos dentro de un organismo y garantizar que las neuronas funcionen correctamente.

Cuando los científicos observaron los mismos genes en los peces, encontraron algo interesante. Si bien los peces también tienen estos genes, no pueden empalmarlos en tantas alternativas. Esto lleva a los científicos a plantear la hipótesis de que el splicing alternativo podría usarse para modificar estos genes de una manera que los haga específicos para ciertas partes del cerebro. De esta manera, el splicing alternativo puede proporcionar una especie de «sistema de indexación» para el cerebro. Esta podría ser la razón por la que los humanos pueden almacenar tanta información adicional y tienen una memoria a largo plazo tan eficiente.

Fabricación de anticuerpos

En un proceso similar, el cuerpo humano produce anticuerpos para combatir bacterias, virus y cuerpos extraños que infectan los tejidos. Para hacer esto, el cuerpo debe producir un anticuerpo o proteína que está específicamente diseñada para adherirse al invasor. Estas proteínas son fabricadas por linfocitos B, que contienen el ADN y la maquinaria para crear estas proteínas complejas. Sin embargo, existe un problema.

Los linfocitos B necesitan unir la proteína a sí mismos y necesitan liberar el anticuerpo en el torrente sanguíneo. El anticuerpo en el torrente sanguíneo se unirá a los invasores, permitiendo que las células inmunitarias se dirijan a ellos. Al unir anticuerpos directamente a los linfocitos B, estas células pueden tragar fácilmente a los invasores cuando los encuentran. Para hacer esto con un mínimo de energía y utilizando el mismo ADN, estas células inmunes utilizan splicing alternativos.

Los dos últimos exones del código genético de los anticuerpos son especiales. Estos dos exones codifican una región de proteína que es hidrófoba o resistente al agua. Estas regiones se unen dentro del núcleo hidrófobo de la bicapa de fosfolípidos. Esto los bloquea efectivamente en la membrana celular. El splicing alternativo simplemente elimina estos dos exones. Ahora, la proteína tendrá el mismo propósito, pero es soluble en agua y puede viajar a través de la sangre y los líquidos.

Al recibir una señal para crear anticuerpos, el linfocito B debe crear muchos a la vez tanto para sí mismo como para ser liberados en el cuerpo. Para hacer esto, transcribe activamente el gen del anticuerpo rápidamente, para crear tantas transcripciones primarias como sea posible. Algunos de estos se procesarán para retener la región hidrófoba, y algunos espliceosomas eliminarán eso. Por tanto, las proteínas para ambos usos se crean a partir de la misma señal para crear anticuerpos. El splicing alternativo permite iniciar muchos procesos diferentes a partir de la misma señal de transcripción de ADN.

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