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Mutación del sitio de empalme

Una mutación en el sitio de empalme es una mutación genética que inserta , elimina o cambia una cantidad de nucleótidos en el sitio específico en el que se produce el empalme durante el procesamiento del ARN mensajero precursor en ARN mensajero maduro . Las secuencias consenso del sitio de empalme que impulsan el reconocimiento de exones se encuentran en los extremos de los intrones . [1] La eliminación del sitio de empalme da como resultado que uno o más intrones permanezcan en el ARNm maduro y puede conducir a la producción de proteínas anormales . Cuando se produce una mutación en el sitio de empalme, la transcripción del ARNm posee información de estos intrones que normalmente no debería incluirse. Se supone que los intrones se eliminan, mientras que se expresan los exones.

La mutación debe ocurrir en el sitio específico en el que se produce el empalme del intrón: dentro de los sitios no codificantes de un gen, directamente al lado de la ubicación del exón. La mutación puede ser una inserción, eliminación, cambio de marco , etc. El proceso de empalme en sí está controlado por las secuencias dadas, conocidas como secuencias donadoras de empalme y aceptoras de empalme, que rodean cada exón. Las mutaciones en estas secuencias pueden conducir a la retención de grandes segmentos de ADN intrónico por parte del ARNm, o a la separación de exones completos del ARNm. Estos cambios podrían resultar en la producción de una proteína no funcional. [2] Un intrón se separa de su exón mediante el sitio de empalme. El sitio aceptor y el sitio donante relacionados con los sitios de empalme indican al espliceosoma dónde se debe realizar el corte real. Estos sitios donantes, o sitios de reconocimiento, son esenciales en el procesamiento del ARNm. El gen de un vertebrado promedio consta de múltiples exones pequeños (tamaño promedio, 137 nucleótidos) separados por intrones que son considerablemente más grandes. [1]

Una representación visual de una instancia de mutación en el sitio de empalme [3]

Fondo

En 1993, Richard J. Roberts y Phillip Allen Sharp recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su descubrimiento de los " genes divididos ". [4] Utilizando el modelo de adenovirus en su investigación, pudieron descubrir el empalme: el hecho de que el pre-ARNm se procesa en ARNm una vez que se eliminan los intrones del segmento de ARN. Estos dos científicos descubrieron la existencia de sitios de empalme, cambiando así el rumbo de la investigación genómica. También descubrieron que el empalme del ARN mensajero puede ocurrir de diferentes maneras, abriendo la posibilidad de que ocurra una mutación.

Tecnología

Hoy en día, existen muchos tipos diferentes de tecnologías en las que se pueden localizar y analizar los sitios de empalme para obtener más información. Human Splicing Finder es una base de datos en línea derivada de los datos del Proyecto Genoma Humano . La base de datos del genoma identifica miles de mutaciones relacionadas con los campos médico y de salud, además de proporcionar información de investigación crítica sobre las mutaciones en el sitio de empalme. La herramienta busca específicamente errores de empalme previo al ARNm, el cálculo de posibles sitios de empalme mediante algoritmos complejos y la correlación con varias otras bases de datos genómicas en línea, como el navegador del genoma Ensembl. [5]

Papel en la enfermedad

Debido a la ubicación sensible de los sitios de empalme, las mutaciones en las áreas aceptoras o donantes de los sitios de empalme pueden resultar perjudiciales para un individuo humano. De hecho, muchos tipos diferentes de enfermedades surgen de anomalías dentro de los sitios de empalme.

Cáncer

Un estudio que investigó el papel de las mutaciones en el sitio de empalme en el cáncer apoyó que una mutación en el sitio de empalme era común en un grupo de mujeres con resultados positivos para cáncer de mama y de ovario. Según los hallazgos, estas mujeres tenían la misma mutación. Una sustitución intrónica de un solo par de bases destruye un sitio aceptor, activando así un sitio de empalme críptico, lo que conduce a una inserción de 59 pares de bases y a la terminación de la cadena. Las cuatro familias con cáncer de mama y de ovario tenían mutaciones de terminación de cadena en la mitad N-terminal de la proteína. [6] La mutación en este ejemplo de investigación se ubicó dentro del sitio de empalme.

Las mutaciones del sitio de empalme se encuentran recurrentemente en genes clave del linfoma [7] como BCL7A [8] o CD79B [7] debido a una hipermutación somática aberrante, ya que la secuencia a la que se dirige la AID se superpone con las secuencias de los sitios de empalme. [9]

Demencia

Según un estudio de investigación realizado por Hutton, M et al, se encontró que una mutación sin sentido que ocurre en la región 5' del ARN asociada con la proteína tau se correlaciona con la demencia hereditaria (conocida como FTDP-17). Todas las mutaciones en el sitio de empalme desestabilizan una estructura potencial de tallo-bucle que probablemente esté involucrada en la regulación del empalme alternativo del exón 10 en el cromosoma 17. En consecuencia, se produce un mayor uso en el sitio de empalme 5' y una mayor proporción de transcripciones tau que incluyen el exón Se crean 10. Un aumento tan drástico en el ARNm aumentará la proporción de Tau que contiene cuatro repeticiones de unión a microtúbulos, lo que es consistente con la neuropatología descrita en varias familias con FTDP-17, un tipo de demencia hereditaria. [10]

Epilepsia

Algunos tipos de epilepsia pueden aparecer debido a una mutación en el sitio de empalme. Además de una mutación en un codón de terminación , se encontró una mutación en el sitio de empalme en la cadena 3' en un gen que codifica la cistatina B en pacientes con epilepsia mioclónica progresiva [11] . Esta combinación de mutaciones no se encontró en individuos no afectados. Al comparar secuencias con y sin la mutación del sitio de empalme, los investigadores pudieron determinar que se produce una transversión de nucleótidos G a C en la última posición del primer intrón. Esta transversión ocurre en la región que codifica el gen de la cistatina B. Las personas que padecen epilepsia mioclónica progresiva poseen una forma mutada de este gen, lo que da como resultado una disminución de la producción de ARNm maduro y, posteriormente, una disminución de la expresión de proteínas.

Un estudio también ha demostrado que un tipo de epilepsia de ausencia infantil (CAE, por sus siglas en inglés) que causa convulsiones febriles puede estar relacionado con una mutación en el sitio de empalme en el sexto intrón del gen GABRG2. Se descubrió que esta mutación en el sitio de empalme causaba una subunidad GABRG2 no funcional en los individuos afectados. [12] Según este estudio, una mutación puntual fue la culpable de la mutación del sitio donante de empalme, que ocurrió en el intrón 6. Se produce un producto proteico no funcional, que conduce a la subunidad también no funcional.

Trastornos hematológicos

Varias enfermedades genéticas pueden ser el resultado de mutaciones en el sitio de empalme. Por ejemplo, las mutaciones que provocan el empalme incorrecto del ARNm de la β-globina son responsables de algunos casos de β-talasemia . Otro ejemplo es la PTT (púrpura trombocitopénica trombótica). La TTP es causada por una deficiencia de ADAMTS-13 . Por lo tanto, una mutación en el sitio de empalme del gen ADAMTS-13 puede causar PTT. Se estima que el 15% de todas las mutaciones puntuales que causan enfermedades genéticas humanas ocurren dentro de un sitio de empalme. [13]

Deficiencia de paratiroides

Cuando se produce una mutación en el sitio de empalme en el intrón 2 del gen que produce la hormona paratiroidea , puede prevalecer una deficiencia de paratiroides. En un estudio particular, una sustitución de G por C en el sitio de empalme del intrón 2 produce un efecto de salto en la transcripción del ARN mensajero. El exón que se omite posee el codón de iniciación para producir la hormona paratiroidea. [14] Tal fracaso en la iniciación causa la deficiencia.

Análisis

Utilizando el organismo modelo Drosophila melanogaster , se han recopilado datos sobre la información genómica y la secuenciación de este organismo. Existe un modelo de predicción en el que un investigador puede cargar su información genómica y utilizar una base de datos de predicción de sitios de empalme para recopilar información sobre dónde podrían ubicarse los sitios de empalme. El Proyecto Berkeley Drosophila se puede utilizar para incorporar esta investigación, así como para anotar datos eucromaticos de alta calidad. El predictor del sitio de empalme puede ser una gran herramienta para los investigadores que estudian enfermedades humanas en este organismo modelo .

Las mutaciones en el sitio de empalme se pueden analizar utilizando la teoría de la información . [15]

Referencias

  1. ^ ab Berget SM (febrero de 1995). "Reconocimiento de exones en el empalme de vertebrados". La Revista de Química Biológica . 270 (6): 2411–2414. doi : 10.1074/jbc.270.6.2411 . PMID  7852296.
  2. ^ Comprensión de la genómica del cáncer: mutaciones en el sitio de empalme. Instituto Nacional del Cáncer. Archivado desde el original el 3 de febrero de 2020 . Consultado el 16 de noviembre de 2014 .
  3. ^ Comprensión de la genómica del cáncer. Instituto Nacional del Cáncer.
  4. ^ "Fisiología o Medicina 1993 - Comunicado de prensa". www.premionobel.org . Consultado el 7 de octubre de 2017 .
  5. ^ "El buscador de empalmes humanos".
  6. ^ Friedman LS, Ostermeyer EA, Szabo CI, Dowd P, Lynch ED, Rowell SE, et al. (Diciembre de 1994). "Confirmación de BRCA1 mediante análisis de mutaciones de la línea germinal relacionadas con el cáncer de mama y ovario en diez familias". Genética de la Naturaleza . 8 (4): 399–404. doi :10.1038/ng1294-399. PMID  7894493. S2CID  2863113.
  7. ^ ab Andrades A, Álvarez-Pérez JC, Patiño-Mercau JR, Cuadros M, Baliñas-Gavira C, Medina PP (abril de 2022). "Las mutaciones recurrentes en el sitio de empalme afectan genes clave del linfoma difuso de células B grandes". Sangre . 139 (15): 2406–2410. doi : 10.1182/sangre.2021011708. PMID  34986231.
  8. ^ Baliñas-Gavira C, Rodríguez MI, Andrades A, Cuadros M, Álvarez-Pérez JC, Álvarez-Prado ÁF, et al. (octubre de 2020). "Las mutaciones frecuentes en el dominio amino-terminal de BCL7A perjudican su función supresora de tumores en DLBCL". Leucemia . 34 (10): 2722–2735. doi :10.1038/s41375-020-0919-5. PMID  32576963. S2CID  219989509.
  9. ^ Benítez-Cantos MS, Cano C, Cuadros M, Medina PP (febrero de 2024). "La citidina desaminasa inducida por activación provoca mutaciones de empalme recurrentes en el linfoma difuso de células B grandes". Cáncer molecular . 23 (1): 42. doi : 10.1186/s12943-024-01960-w . PMC 10893679 . PMID  38402205. 
  10. ^ Hutton M, Lendon CL, Rizzu P, Baker M, Froelich S, Houlden H, et al. (junio de 1998). "Asociación de mutaciones sin sentido y del sitio de empalme 5' en tau con la demencia hereditaria FTDP-17". Naturaleza . 393 (6686): 702–705. Código Bib :1998Natur.393..702H. doi :10.1038/31508. PMID  9641683. S2CID  205001265.
  11. ^ Pennacchio LA , Lehesjoki AE, Stone NE, Willour VL, Virtaneva K, Miao J, et al. (Marzo de 1996). "Mutaciones en el gen que codifica la cistatina B en la epilepsia mioclónica progresiva (EPM1)". Ciencia . 271 (5256): 1731-1734. Código Bib : 1996 Ciencia... 271.1731P. doi : 10.1126/ciencia.271.5256.1731. JSTOR  2890839. PMID  8596935. S2CID  84361089.
  12. ^ Kananura C, Haug K, Sander T, Runge U, Gu W, Hallmann K, et al. (Julio de 2002). "Una mutación del sitio de empalme en GABRG2 asociada con epilepsia de ausencia infantil y convulsiones febriles". Archivos de Neurología . 59 (7): 1137-1141. doi :10.1001/archneur.59.7.1137. PMID  12117362.
  13. ^ Carvalho GA, Weiss RE, Refetoff S (octubre de 1998). "Deficiencia completa de globulina fijadora de tiroxina (TBG) producida por una mutación en el sitio de empalme del aceptor que provoca un cambio de marco y la terminación temprana de la traducción (TBG-Kankakee)". La Revista de Endocrinología Clínica y Metabolismo . 83 (10): 3604–3608. doi : 10.1210/jcem.83.10.5208 . PMID  9768672.
  14. ^ Parkinson DB, Thakker RV (mayo de 1992). "Una mutación del sitio de empalme del donante en el gen de la hormona paratiroidea se asocia con hipoparatiroidismo autosómico recesivo". Genética de la Naturaleza . 1 (2): 149-152. doi :10.1038/ng0592-149. PMID  1302009. S2CID  24032313.
  15. ^ Rogan PK, Falsa BM, Schneider TD (1998). "Análisis de información de mutaciones en el sitio de empalme humano". Mutación humana . 12 (3): 153–171. doi : 10.1002/(SICI)1098-1004(1998)12:3<153::AID-HUMU3>3.0.CO;2-I . PMID  9711873.