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]
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.
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]
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.
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]
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]
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.
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]
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.
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]