PROCESO DE TRANSCRIPCION DEL

ADN

CAPITULO 6: BIOLOGIA MOLECULAR DE LA CELULA DE ALBERTS

LAS SECUENCIAS INTRONICAS SE ELIMINAN DE LAS MOLÉCULAS DE RNA EN FORMA DE LAZO

• Los intrones tienen un tamaño de 80 hasta 10000 nucleótidos, su secuencia carece de importancia. Han acumulado gran cantidad de mutaciones a lo largo de la evolución, que no ha alterado la funcionalidad del ge, por ello se ha llegado a la conclusión de que son chatarra genética sin ninguna función. Sus únicas secuencias conservadas son las que son necesarias para su eliminación. En sus extremos existen secuencias idénticas en todos los intrones, que no pueden ser alteradas sin afectar al transcrito del RNA. Los extremos son el lugar de corte 5” (lugar dador) y el lugar de corte 3” (lugar receptor). El splicing alternativo se debe realizar de manera muy exacta, ya que un error altera la pauta de lectura de la secuencia del mRNA y lo convierte en una señal sin sentido. La vía por la que se eliminan estas secuencias se ha estudiado in vitro, al preparar RNA transcrito con un solo intron. Cuando se añade a un extracto celular, empieza su maduración en dos etapas, que requieren la incubación de ATP, presencia de determinadas proteínas, particular snRNP U1, U2, U5 y U4/U6. Estos componentes se ensamblan y forman un complejo ribonucleoproteico llamado espliceosoma. El intron se escinde en forma de lazo, siguiente unas vías de maduración. El snRNP U1 se une al lugar de corte 5” del intron guiado por su complementario, que tiene 9 nucleótidos consenso. Tanto el RNA como los componentes proteicos del espliceosoma podrían ser responsable de catalizar el corte y la formación de uniones covalentes necesarias para la maduración de RNA.

HABITUALMENTE DE CADA TRANSCRITO DE RNA SE ELIMINAN MUCHAS SECUENCIAS INTRONICAS

• El espliceosoma reconoce una secuencia consenso que delimita la frontera del intron, el lugar de corte 5” se puede unir al lugar de corte 3” de cualquier otro intron. Cuando se crea artificialmente una molécula de RNA, frecuentemente el RNA existente entre ellos es reconocido por el espliceosoma y luego eliminado. Es increíble que los genes de los vertebrados contengan hasta 50 intrones. Si en la maduración de RNA, se desaparea cualquier de los lugares de corte 5” con cualquiera de los 3” el resultado podría ser desastroso. Por fortuna, la maquinaria de maduración del RNA previene esto, garantizando que cada lugar de corte 5” solo se aparee con el lugar de corte 3” mas próximo situado en sentido 5”- 3” en la secuencia lineal de RNA. No se sabe como se produce este apareamiento secuencial entre los lugares de corte, aunque se cree que el ensamblaje del espliceosoma juega un papel importante en esto. También se cree que la secuencia tridimensional adoptada por intrones y exones en el transcrito de RNA es importante. Este patrón de maduración 5”-3”, puede ser modificado para permitir a un gen único producir diferentes mRNA y de esta forma diferentes proteínas.

EL ESTUDIO DE LA TALASEMIA REVELA DE QUE FORMA LA MADURACIÓN DEL RNA PUEDE PERMITIR QUE LAS

PROTEÍNAS EVOLUCIONEN

• Las técnicas de DNA recombinante han vuelto a los mutantes humanos un recurso muy útil para los estudio genéticos de los mecanismos celulares. Por ejemplo, los síndromes de talasemia son genéticos, y se caracterizan porque el individuo produce una cantidad baja de hemoglobina, la proteína que transporta el oxigeno en la sangre. En estos mutantes, se ha observado una alteración en su DNA, pero también alteraciones en el patrón de maduración del RNA. Así se demostró que un cambio de un nucleótido, puede inactivar un lugar de corte. Analizando sus mRNA producidos, se ha observado que la perdida de un lugar de corte no evita la eliminación de ese intron, sino que en muchos casos el corte complementario se une a un lugar de corte críptico, situado en las proximidades, generándose maduraciones alternativas, no solo se produce una proteína, sino una serie de proteínas alteradas. Otros cambios de un nucleótido crean un nuevo lugar de corte, cambiando una secuencia de un intron o exón, en una secuencia consenso de maduración. La maduración del RNA es un proceso flexible, y se piensa que las variaciones en el patrón de maduración causadas por mutaciones al azar, podrían ser una vía importante en la evolución de genes y organismos.

LA MADURACIÓN DEL RNA CATALIZADA POR EL ESPLICEOSOMA EVOLUCIONO A PARTIR DE MECANISMOS DE

AUTOMADURACION.

• Se cree que las primeras células utilizaban moléculas de RNA como catalizadores principales y almacenaban su información genética en moléculas de RNA y no de DNA. En aquellos tiempos las reacciones de corte y empalme de RNA catalizadas por RNA jugaron un papel importante, aun existen algunos intrones que tienen capacidad de autorrecorte, como en los genes nucleares de rRNA de tetrahymena, en el bacteriófago T4, y en algunos genes de mitocondrias y cloroplastos. Una secuencia intronica con automaduracion se puede observar en un tubo de ensayo, incubando una molécula de RNA pura que contenga la secuencia intronica y observando su maduración. También se puede identificar en la secuencia del RNA, dado que una gran parte de esta ha de ser conservada para que al plegarse forme una superficie catalítica en la molécula del RNA. Hay dos tipos principales de intrones que presentan automaduracion:

• -Grupo l: inician la automaduracoin uniendo un nucleótido G a la secuencia del intron. La G es activada, y romperá el primero de los enlaces fosfodiester cortado durante el proceso de maduración (5”).

• Grupo ll: el grupo atacante es un residuo A, sumamente reactivo y se genera un intermediario en lazo. El resto de los mecanismos son similares, se piensa que provienen de mecanismos muy primitivos.

• Durante la evolución se ha conservado el tipo de vía utilizada por los intrones del grupo ll, siendo reemplazada la función catalítica por un espliceosoma independiente. Los pequeños RNA U1 y U2. podrían ser remanentes de las secuencias catalíticas que originalmente tuvieron los intrones. Al desaparecer el sistema catalítico, las secuencias intronicas pudieroncomenzar a evolucionar rápidamente.

EL TRANSPORTE DE LOS MRNA AL CITOPLASMA SE RETRASA HASTA QUE SE HA COMPLETADO LA MADURACIÓN

• Se cree que las moléculas maduras de RNA son reconocidas por proteínas del complejo del poro nuclear y transportadas activamente al citoplasma. Las principales proteínas de las partículas hrRNP y varias moléculas de procesamiento unidas al RNA están confinadas en el núcleo, aunque pueden pasar al citoplasma junto con el mRNA, antes de ser separadas y devueltas al núcleo. Para los RNA que contienen intrones, solo es posible este proceso cuando finaliza la maduración del RNA (levaduras). Cuando hay una mutación en la maquinaria de maduración, los precursores del mRNA permanecen en el núcleo, mientras que los mRNA que no requieren maduración son transportadas al citoplasma, o sea la mayoría de ellos. Los RNA son retenidos por los componentes de los espliceosomas, que forman agregados en el núcleo, que actúan como islas de maduración, y podrían ser análogos al nucléolo, una estructura mejor investigada. El nucléolo es el lugar donde se procesan las moléculas de RNA ribosómico, las cuales se ensamblan en el ribosoma.

LOS RNA RIBOSÓMICOS Y LOS RNA DE TRANSFERENCIA SE SINTETIZAN SOBRE CONJUNTOS DE GENES IDÉNTICOS

DISPUESTOS EN TÁNDEM.

• Muchas proteínas como la hemoglobina y la mioglobina muscular, son sintetizadas a partir de genes presentes en una sola copia por genoma haploide. Estas proteínas son abundantes, porque cada una de las muchas moléculas transcritas de mRNA puede ser traducidagenerando 10 moléculas por minuto. Normalmente esto produciría mas de 10000 moléculas de proteína por molecula de mRNA, en cadageneración celular. Sin embargo este proceso no funciona para la síntesis de los RNA que forman los ribosomas, ya que estas son el producto final del gen. Para poder construir sus 10 millones de ribosomas, cada célula en cada generación celular debería de producir mas de 10 millones de copias de cada uno de los tipos de moléculas de RNA ribosómico. La célula puede producir cantidades adecuadas de estos rRNA, gracias a la presencia de múltiples copias de los genes rRNA, que codifican RNA ribosómicos. E-coli requiere 7 copias de genes rRNA, las células humanas contienen 200 copias de genes rRNA por genoma haploide, dispersas en 5 cromosomas diferentes,mientras que Xenopus contiene 600 copias en un solo cromosoma. Las copias múltiples de cada gen rRNA, se encuentran ordenadas entándem en las que cada gen se encuentra separado del adyacente por DNA espaciador, una secuencia de DNA o transcrita. La organización en tándem de los genes rRNA es fácil de observar en preparaciones de cromatina extendida, debido a su organización repetida y a que son transcritos con gran frecuencia. Cada unidad de transcripción presenta el aspecto de un árbol de navidad, la parte mas estrecha del árbol es donde se inicia la transcripción, donde los transcritos son mas cortos, mientras que el otro extremo queda claramente definido por la desaparición súbita del RNA polimerasa y sus transcritos. Los genes rRNA son transcritos por la polimerasa l, en seres humanos se conoce como rRNA 45S y tiene una longitud de 13000 nucleótidos. Antes de abandonar el núcleo, el rRNA 45S, es cortado y produce rRNA 28S, rRNA 18S y rRNA 5,8S. Se piensa que estas secuencias extra ayudan al ensamblaje del ribosoma. Otros genes organizados en tándem son los rRNA 5S, los únicos que se transcriben de forma aislada y forma parte de la subunidad grande. Estos genes son transcritos por el RNA polimerasa lll.