El proceso en el que se edita el ARN eucariota antes de la traducción de proteínas se denomina empalme. Elimina las regiones que no codifican para proteínas y parchea las regiones de codificación de proteínas. El empalme también permite expresar diversas variantes proteicas a partir de un solo gen y desempeña un papel esencial en el desarrollo, la diferenciación de tejidos y la adaptación al estrés ambiental. Los errores en el empalme pueden conducir a enfermedades como el cáncer.
La cadena de ARN transcrita a partir del ADN eucariota se denomina transcripción primaria. Las transcripciones primarias designadas para convertirse en ARNm se denominan ARN mensajero precursor (pre-mRNA). El pre-ARNm se procesa entonces para formar ARNm maduro que es adecuado para la traducción de proteínas. El pre-ARNm eucariota contiene secuencias alternas de exones e intrones.Los exones son secuencias de nucleótidos que codifican las proteínas, mientras que los intrones son las regiones no codificantes. El empalme de ARN es el proceso por el cual se retiran los intrones y los exones se parchean juntos.
El empalme está mediado por el espliceosoma, un complejo de proteínas y ARN llamado pequeñas ribonucleoproteínas nucleares (snRNPs). El empalme reconoce secuencias específicas de nucleótidos en los límites del exón/intrón. En primer lugar, se une a una secuencia que contiene GU en el extremo de 5′ del intrón y a una secuencia de punto de bifurcación que contiene una A hacia el extremo de 3′ del intrón. En una serie de pasos cuidadosamente orquestados, otros snRNPs entonces acercan el punto de bifurcación cerca del sitio de empalme de 5′.Posteriormente, una reacción química corta el extremo de 5′ del intrón de su exón ascendente y lo une al punto de rama, formando un bucle llamado lazo. Para liberar el lazo, el extremo 3′ del exón ascendente reacciona con la secuencia que contiene AG del intrón cerca del extremo de 5′ del exón aguas abajo. Esta reacción parchea los dos exones juntos y, por lo tanto, concluye el proceso de empalme.
El proceso por el cual se unen diferentes combinaciones de exones en pre-ARNm para formar ARNm maduro se denomina empalme alternativo. El empalme alternativo produce varias proteínas diferentes a partir de una sola transcripción previa al ARNm.
Normalmente, los exones se unen en el orden en que aparecen en un gen. Sin embargo, durante el empalme alternativo, esta secuencia preferida de exones puede ser alterada. Diferentes patrones de empalme alternativo incluyen saltos de exón, sitios de empalme alternativos de 5′ o 3′ y retención de intrones. Estos patrones se guían por la longitud de exones o intrones y la fuerza de los sitios de empalme. En consecuencia, los exones que son más cortos que otros exones pueden pasarse por alto por el empalme y se omiten del ARNm maduro. Por el contrario, los intrones que son significativamente más cortos que otros intrones pueden evadir la eliminación por el empalme y se conservan en el ARNm maduro.
La fuerza de los sitios de empalme está determinada por la conservación de la secuencia alrededor de exones alternativos; estos influyen en los sitios de empalme de 5′ o 3′ elegidos por el empalme. Por lo tanto, el empalme alternativo genera variantes de ARNm maduro que fueron copiadas del mismo tramo de ADN.
Durante la traducción, las variantes de secuencia de ARN producen diferentes proteínas con más o menos aminoácidos adicionales, cambios en el marco de lectura o un codón de parada prematura. Esto genera isoformas proteicas con diferentes propiedades biológicas incluyendo la función, localización celular e interacción con otras proteínas. El empalme alternativo desempeña un papel vital en la expresión génica, controlando así el desarrollo de órganos, la supervivencia o proliferación celular y la adaptación a los cambios ambientales.
Los errores en el empalme pueden ser causados por mutaciones en el propio gen o en los elementos reguladores que controlan la expresión del gen. Una mutación que ocurre en la secuencia del exón o cisintrón de una transcripción genética específica se denomina cis-mutación. Una mutación en la maquinaria de empalme transafecta a varios genes y se denomina transmutación.
Los errores en el empalme producen isoformas de proteínas aberrantes, que pueden contribuir a enfermedades, incluido el cáncer.Por ejemplo, el empalme alternativo del gen BCL2L1 genera una isoforma proteica larga y otra corta (BCL-XL y BCL-XS,respectivamente) mediante el uso de sitios alternativos de empalme de 5′.La isoforma BCL-XL más larga promueve la supervivencia celular y se expresa altamente en varios tipos de cánceres (por ejemplo, cáncer de sangre, mama e hígado). La Expresión de la isoforma BCL-XS corta que promueve la muerte celular, se suprime en el cáncer.
