El empalme (del inglés splice - para empalmar o pegar los extremos de algo) es el proceso de cortar ciertas secuencias de nucleótidos de las moléculas de ARN y conectar las secuencias que permanecen en la molécula "madura" durante el procesamiento del ARN . En la mayoría de los casos, este proceso ocurre durante la maduración de la matriz, o ARN informacional ( ARNm ) en eucariotas , mientras que las reacciones bioquímicas que involucran ARN y proteínas eliminan de las secciones de ARNm que no codifican proteínas ( intrones ) y conectan entre sí el aminoácido. secciones de codificación de secuencias - exones . Por lo tanto, el pre-ARNm inmaduro se convierte en ARNm maduro, del cual se leen ( traducen )) proteínas celulares. La mayoría de los genes que codifican proteínas en los procariotas no tienen intrones, por lo que el corte y empalme previo al ARNm es raro en ellos. El empalme de ARN de transferencia ( ARNt ) [1] y otros ARN no codificantes también se encuentra en representantes de eucariotas, bacterias y arqueas .
El trabajo de Sharp y Roberts , publicado en 1977 , demostró que los genes de los organismos superiores tienen una estructura "discontinua": los segmentos codificantes de un gen se intercalan con el ADN no codificante , que no se utiliza en la expresión génica . La estructura "discontinua" del gen se descubrió cuando el ARNm adenoviral se hibridó con fragmentos de una sola hebra de ADN. Como resultado, resultó que las regiones de ARNm de estas moléculas híbridas de ARNm-ADN de doble cadena contienen los extremos 5' y 3' de las regiones que no tienen enlaces de hidrógeno. Los segmentos de ADN más largos se enlazaron durante la hibridación y formaron ramas. Quedó claro que estas regiones en bucle que contienen secuencias "innecesarias" se extraen del pre-ARNm como resultado de un proceso que se ha denominado "empalme". Posteriormente, también se encontró que la estructura discontinua está muy extendida en los genes eucariotas.
En la naturaleza se han encontrado varias variantes de empalme. Cuál tendrá lugar en cada caso depende de la estructura del intrón y del catalizador necesario para la reacción.
Los intrones spliceosomales a menudo se encuentran en genes que codifican proteínas. El empalme requiere secuencias 3' y 5' específicas. Un papel importante en la protección del extremo 5' del ARNm de la degradación por exonucleasas pertenece a la tapa 5' . El empalme es catalizado por el spliceosoma , un gran complejo de ARN y proteínas que incluye cinco ribonucleoproteínas nucleares pequeñas (snRNP). El componente de ARN de snRNP interactúa con el intrón y posiblemente participa en la catálisis. Se encontraron dos tipos de spliceosomas (principal y adicional), que difieren en los snRNP que contienen.
El spliceosoma maestro está involucrado en el empalme de intrones que contienen guanina y uracilo (GU) en el sitio 5' y adenina y guanina (AG) en el sitio de empalme 3'. Se compone de snRNP: U1, U2, U4, U5 y U6.
Los pre-ARNm de algunos genes eucarióticos pueden someterse a cortes y empalmes alternativos . Al mismo tiempo, los intrones del pre-ARNm se escinden en varias combinaciones alternativas , en las que también se escinden algunos exones. Diferentes variantes de corte y empalme alternativo de un pre-ARNm pueden ocurrir en diferentes períodos de desarrollo del organismo o en diferentes tejidos, así como en diferentes individuos de la misma especie [2] . Algunos de los productos del empalme alternativo de pre-ARNm no son funcionales (este tipo de empalme alternativo ocurre en Drosophila durante la determinación del sexo ), pero a menudo se forman múltiples ARNm y sus productos proteicos como resultado del empalme alternativo de pre-ARNm de un gen. . [3]
Se ha demostrado que el 94% de los genes humanos están sujetos a splicing alternativo (el 6% restante de los genes no tienen intrones). El genoma de la lombriz intestinal Caenorhabditis elegans prácticamente no difiere del genoma humano en cuanto al número de genes, sin embargo, solo el 15% de los genes experimentan empalmes alternativos de pre-ARNm. Por lo tanto, el splicing alternativo permite aumentar la diversidad de productos génicos de proteínas sin aumentar proporcionalmente el tamaño del genoma, incluso sin crear copias adicionales de genes. El significado biológico del splicing alternativo para eucariotas multicelulares es que parece ser el mecanismo clave para aumentar la diversidad de proteínas, y también permite un sistema complejo de regulación de la expresión génica , incluso específica de tejido [4] .
El ARN de tetrahimeno tiene actividad de ribozima y puede empalmarse a sí mismo, encerrándose en un anillo y eliminando los intrones del otro con un extremo.
Una forma especial de empalme en eucariotas , en la que los exones de dos transcritos de ARN diferentes se unen de extremo a extremo y se ligan .
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