Empalme alternativo para niños
El empalme alternativo es un proceso fascinante que ocurre dentro de nuestras células. Imagina que tienes un libro de instrucciones para construir algo, pero en lugar de construir una sola cosa, puedes usar las mismas instrucciones para crear muchas versiones diferentes. Eso es lo que hace el empalme alternativo con la información genética.
A partir de una primera copia de ARNm (llamada pre-ARNm), este proceso permite crear distintas versiones de ARNm y, por lo tanto, diferentes proteínas. Estas proteínas pueden tener funciones variadas, incluso opuestas. El empalme alternativo es muy común en los eucariotas (organismos con células complejas, como nosotros) y también se ha visto en algunos virus.
Contenido
- ¿Qué es el Empalme Alternativo?
- ¿Por qué es Importante el Empalme Alternativo?
- Tipos de Empalme Alternativo
- Importancia en la Genética Molecular
- Factores que Influyen en el Empalme Alternativo
- Cómo se Estudia el Empalme Alternativo
- Mecanismos del Empalme Alternativo
- Véase también
- Galería de imágenes
¿Qué es el Empalme Alternativo?
Muchos genes en nuestro cuerpo usan el empalme alternativo. Este proceso se regula de forma específica en diferentes tejidos, durante el desarrollo y en respuesta a señales como las hormonas. Esto añade una forma extra de controlar cómo se usan nuestros genes.
Cuando el ADN de un gen se copia a ARNm, se forma una molécula larga llamada pre-ARNm. Esta molécula contiene dos tipos de secciones: los intrones y los exones. Para que el pre-ARNm se convierta en un ARNm funcional, los intrones deben ser eliminados. Este proceso se llama ajuste o empalme.
Lo interesante es que no siempre se eliminan los mismos intrones o se mantienen los mismos exones. La elección de qué partes se quedan y cuáles se van es controlada por ciertas proteínas.
¿Por qué es Importante el Empalme Alternativo?
Los científicos han descubierto que la mayoría de los genes humanos pueden producir una gran variedad de ARNm, lo que a su vez crea muchas proteínas distintas. Se calcula que entre el 15% y el 60% de las condiciones genéticas en humanos están relacionadas con problemas en el empalme. Esto puede ser por cambios directos en las señales de empalme o por fallos en otros componentes del proceso.
Por eso, entender cómo la información en el pre-ARNm decide el empalme alternativo y cómo las células lo regulan es muy importante.
Tipos de Empalme Alternativo
Existen varias formas en que el empalme alternativo puede ocurrir, lo que permite una gran diversidad de proteínas a partir de un solo gen.
- Exón Casete: En este caso, un exón completo puede ser eliminado del pre-ARNm o mantenerse. Es el tipo más común en los mamíferos.
- Exones Mutuamente Exclusivos: De dos exones posibles, solo uno se mantiene en el ARNm final, nunca ambos.
- Sitio Alternativo 5': Se usa un punto de corte diferente al inicio de un intrón (llamado sitio donante 5'). Esto cambia el final del exón anterior.
- Sitio Alternativo 3': Se usa un punto de corte diferente al final de un intrón (llamado sitio aceptor 3'). Esto cambia el inicio del exón siguiente.
- Retención de Intrón: Una secuencia que normalmente sería un intrón (y se eliminaría) se mantiene en el ARNm final. Si este intrón retenido está en la parte que codifica la proteína, debe tener sentido para que la proteína funcione correctamente. Este es el tipo menos común en mamíferos.
- Selección de Promotores Alternativos: Este método permite que la proteína tenga un inicio diferente (llamado dominio N-terminal alternativo). Cada "promotor" (una señal de inicio) puede llevar a un conjunto diferente de exones.
- Selección de Sitios de Poliadenilación Alternativos: Este método permite que la proteína tenga un final diferente (llamado dominio C-terminal alternativo). Cada "sitio de poliadenilación" (una señal de finalización) puede llevar a un conjunto diferente de exones.
Importancia en la Genética Molecular
El empalme alternativo cambió la antigua idea de "un gen, una proteína". Ahora sabemos que un solo gen puede producir varias proteínas diferentes. Este sistema permite que la información genética se almacene de manera más eficiente.
Algunos científicos creen que este sistema podría permitir la creación de nuevas proteínas al cambiar cómo se regula el empalme. También se ha sugerido que podría acelerar la evolución.
Aunque se pensaba que los humanos tenían más sitios de empalme alternativo que otros animales, estudios recientes, como uno de David Brett, sugieren que no hay diferencias significativas. El récord de variantes de empalme lo tiene un gen llamado Dscam en la mosca de la fruta Drosophila, con 38,000 variantes.
Factores que Influyen en el Empalme Alternativo
El Papel de la Cromatina
La cromatina es la forma en que el ADN está empaquetado dentro del núcleo de la célula. La forma en que la cromatina está organizada puede afectar la velocidad a la que se copia el ADN, lo que a su vez influye en el empalme alternativo. Por ejemplo, en las células nerviosas, ciertos cambios en la cromatina pueden relajar el ADN, permitiendo una copia más rápida y afectando el empalme.
Pequeñas Moléculas de ARN
Se ha descubierto que pequeñas moléculas de ARN llamadas siRNAs pueden influir en el empalme alternativo. Estas moléculas pueden afectar la forma en que la cromatina se organiza, lo que a su vez impacta el empalme.
Cómo se Estudia el Empalme Alternativo
Para entender el empalme alternativo, los científicos usan muchas técnicas de Biología molecular y celular. Algunas de ellas incluyen:
- Técnicas básicas de laboratorio como la PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa) para copiar ADN.
- Cultivo de células para estudiar cómo se comportan las células.
- Inmunoprecipitación para ver qué proteínas están unidas al ADN.
- Western blotting para detectar proteínas específicas.
- Inmunofluorescencia para ver dónde están las proteínas en las células.
Mecanismos del Empalme Alternativo
El empalme alternativo es un proceso complejo donde intervienen muchas proteínas y factores. Por ejemplo, en la mosca de la fruta Drosophila, el empalme alternativo ayuda a determinar características importantes del organismo.
En diferentes tipos de tejidos, existen formas específicas de empalme alternativo, controladas por:
- Elementos reguladores en los exones y las proteínas que se unen a ellos.
- Elementos reguladores en los intrones.
- Sistemas complejos que controlan el empalme.
Cuando el pre-ARNm se copia del ADN, contiene varios intrones y exones. Por ejemplo, en los nematodos, hay un promedio de 4-5 exones e intrones, mientras que en la mosca de la fruta Drosophila puede haber más de 100 intrones y exones en una sola copia de pre-ARNm. Los exones que se mantendrán en el ARNm final se deciden durante el proceso de empalme.
La regulación y selección de los puntos de empalme son realizadas por proteínas que activan o reprimen el empalme, así como por señales dentro del propio pre-ARNm, como los potenciadores y silenciadores de empalme.
Elementos Reguladores en los Intrones
Los intrones en las células eucariotas tienen secuencias específicas que marcan sus límites. Por ejemplo, cada intrón tiene una secuencia "GU" al principio (extremo 5') y una secuencia "AG" al final (extremo 3'). Cerca del extremo 3' hay un punto de ramificación, que siempre contiene una "A".
El empalme del ARNm es llevado a cabo por un complejo de ARN y proteínas llamado espliceosoma. Este complejo contiene varias moléculas de ARN y proteínas que se unen a las secuencias específicas del intrón. Primero, el espliceosoma reconoce y se une a los extremos del intrón. Luego, realiza dos reacciones químicas para cortar el intrón y unir los exones. El intrón se libera en forma de lazo y se degrada.
Regulación Positiva y Negativa
El empalme está regulado por proteínas que actúan como activadores o represores, y por secuencias de ARN en el pre-ARNm que actúan como potenciadores o silenciadores. Lo interesante es que el efecto de un factor de empalme puede depender de su posición. Una proteína que activa el empalme en un lugar, podría reprimirlo en otro.
La forma tridimensional del pre-ARNm también influye en la regulación del empalme, ya que puede acercar o esconder ciertas secuencias. Todos estos elementos forman un "código de empalme" que determina cómo ocurrirá el empalme bajo diferentes condiciones en la célula.
Los elementos que regulan el empalme funcionan de manera interdependiente. La presencia de una secuencia de ARN puede aumentar o disminuir la probabilidad de que un sitio cercano sea empalmado, dependiendo del contexto. Este contexto incluye otras secuencias de ARN cercanas y las condiciones de la célula. Por ejemplo, algunos elementos solo influyen en el empalme si hay varios presentes en la misma región.
La importancia de estos silenciadores y potenciadores de empalme se ve en estudios que muestran que hay una fuerte selección en los genes humanos contra cambios que crearían nuevos silenciadores o alterarían los existentes.
Véase también
En inglés: Alternative splicing Facts for Kids
- Splicing
- Splicing de ARN
- Espliceosoma
- Exón
- Intrón
Galería de imágenes
-
Figura 1. Tipos de empalmes alternativos. Se muestran en la imagen todos los posibles tipos de empalme alternativo.
