Si imagina una célula como una casa, la producción de proteínas puede ser una hazaña de ingeniería bastante identificable. Un plan maestro ADN contiene toda la información sobre lo que va a dónde. Si solo quiere construir una puerta proteína, usted solonecesita una copia de esa porción específica del plano ARN mensajero o ARNm. Sin embargo, en las células, las copias de ARNm sin procesar contienen material adicional que no es relevante para la proteína final. Para eliminar estos fragmentos superfluos, las células utilizan un proceso conocido comoempalme, en el que el ARNm crudo se corta y se une nuevamente de formas alternativas para crear el anteproyecto definitivo para una proteína.
El empalme es un mecanismo biológico crítico: al menos el 15 por ciento de las enfermedades humanas, incluidos algunos cánceres y enfermedades neurodegenerativas, implican errores de empalme. El empalme alternativo también aumenta significativamente la cantidad de proteínas que un solo gen puede codificar, y se cree que explicapor qué, por ejemplo, los humanos son más complejos que los gusanos a pesar de que compartimos números de genes más o menos similares.
Ahora, los científicos de la Universidad de Chicago han descubierto cómo dos enzimas juegan un papel fundamental para garantizar el control de calidad durante el empalme. En un estudio publicado en Celda el 25 de febrero, encontraron que estas moléculas probablemente aplican tensión física al ARN para evitar que se corten los sitios incorrectos. Esta acción no solo previene errores de empalme, sino que también permite la selección de sitios de empalme alternativos.
"Estas enzimas de corrección de pruebas tiran y tiran eficazmente del ARN, y a través de esa acción a distancia, pueden extraer sitios subóptimos de la maquinaria de empalme", dijo el autor principal del estudio Jonathan Staley, PhD, profesor de genética molecular y biología celular en la Universidadde Chicago. "Esto sugiere un nuevo mecanismo para regular la elección del sitio de empalme, y cambia la perspectiva sobre el ámbito de las posibles actividades para esta clase de proteína. Pueden mover ARN, no solo moverse a lo largo de él como pensábamos anteriormente".
La estructura de doble cadena del ADN es algo análoga a una cremallera, con los dientes que representan letras de código genético. Para acceder y leer ese código, una clase de enzima conocida como helicasas funciona como el deslizador de la cremallera para separar los doshebras. También se requiere que las helicasas "descompriman" el ARN, que, a pesar de ser monocatenario, también puede formar una doble hélice. Staley y su equipo han demostrado previamente dos helicasas específicas de ARN, Prp16 y Prp22, que juegan un papel en la corrección de pruebasdos reacciones químicas de empalme, pero se desconocía el mecanismo por el cual actuaban.
Basado en estudios previos sobre cómo se comportan Prp16 y Prp22, adivinaron que las helicasas se corrigieron moviéndose a lo largo de la cadena de ARNm sin procesar. Si alguno de ellos encontró el empalme, la máquina molecular responsable de cortar y volver a ensamblar ARNm durante el empalme, enEn el lugar incorrecto, las helicasas derribarían el spliceosoma de la cadena de ARN, evitando un corte incorrecto.
Si bien los experimentos respaldaron el movimiento de helicasa, descartaron la posibilidad de que las helicasas estuvieran eliminando el spliceosoma del ARN. El equipo utilizó una técnica en la que intercambiaron un segmento corto de una hebra de ARN con ADN, que actuó como una barreraal movimiento de Prp16 y Prp22. Cuando el segmento se colocó cerca del spliceosoma, las helicasas aún pudieron evitar un empalme incorrecto. Pero si los segmentos se posicionaron más lejos, se produjo un empalme incorrecto.
Staley y su equipo proponen que la explicación más probable para la capacidad de las helicasas de corregir es la tensión física colocada en la cadena de ARN. En lugar de derribar directamente el spliceosoma de un sitio de empalme incorrecto, las helicases estaban alejando el sitio delspliceosome.
"Nuestras pruebas no respaldaron la idea de que las helicasas estaban atravesando y desalojando el empalme, lo que sugiere que no necesitan ir directamente a su objetivo para actuar sobre él", dijo Staley. "Esto nos llevó a proponer una alternativamodelo que, en cierto modo ... me recuerda a la relatividad especial, y requiere que cambiemos nuestro marco de referencia ".
Los investigadores también encontraron que Prp16 y Prp22 desempeñaron un papel importante al permitir que el spliceosoma busque sitios de empalme alternativos. Por ejemplo, diseñaron ARNm sin procesar de una manera que permitió que el spliceosoma se posicionara para un corte inicial pero luego se detuviera debido alinadecuada del sitio. Sin embargo, a pesar de esto, descubrieron que el spliceosoma llevó a cabo cada paso de su tarea, no en el sitio del ARN que habían desactivado originalmente, sino en sitios que nadie había observado antes. Cuando Prp16 se eliminó por completodesde el empalme, este empalme alternativo no ocurriría. Si se volviera a agregar, se reanudaría el empalme alternativo. Prp22 mostró un comportamiento similar.
"Encontramos que estas helicasas evitan el empalme en un sitio, pero permiten el empalme en otro", dijo Staley. "Esta es la primera evidencia de que actúan como factores de empalme alternativos y juegan un papel en el proceso que permite que un gen cedasubir a múltiples productos proteicos "
Si bien aún es objeto de una investigación en curso, los investigadores creen que el spliceosoma se siente fuertemente atraído por los sitios óptimos de empalme y débilmente por los incorrectos. Cuando una helicasa tira de la cadena de ARN, los sitios subóptimos se desalojan fácilmente, mientras que los óptimos permanecen estables por mucho tiemposuficiente para que ocurra el empalme.
Ahora están trabajando para verificar este modelo, además de buscar formas de manipular el proceso. Las helicasas de ARN se conservan evolutivamente en todo el árbol de la vida y, en algunos casos, pueden desempeñar un papel importante en los factores que causan enfermedades en los seres humanos, como elvirus de la hepatitis C, virus del dengue y virus Zika.
"Estas helicasas juegan un papel poco claro en el ensamblaje del virus de la hepatitis C, por ejemplo, pero este trabajo sugiere que podrían estar funcionando como un niño chupando espagueti para introducir ARN en la partícula del virus", dijo Staley.
"Los errores a solo un nucleótido del sitio correcto durante el empalme pueden corromper la expresión génica y tener efectos devastadores en la célula", agrega. "La implicación de nuestro trabajo es que las helicasas podrían reprimirse y la vía del empalme alternativo interrumpido, por lo que estamos muy interesados en buscar mutaciones asociadas a enfermedades en estas moléculas ".
El estudio, "Spliceosomal DEAH-Box ATPases Remodel Pre-mRNA to Activate Alternative Splice Sites", fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud R01GM062264, R01GM062264-08S1, R01GM098023, T32GM07197 y T32GM007315. Otros autores incluyen a Daniel R.Semlow, Mario R. Blanco y Nils G. Walter.
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Materiales proporcionados por Centro médico de la Universidad de Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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