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Exón

Se eliminan los intrones y se unen los exones en el proceso de empalme del ARN. Los ARN pueden ser ARNm o ARN no codificante.

Un exón es cualquier parte de un gen que formará parte del ARN maduro final producido por ese gen después de que los intrones hayan sido eliminados mediante empalme del ARN . El término exón se refiere tanto a la secuencia de ADN dentro de un gen como a la secuencia correspondiente en las transcripciones de ARN. En el empalme de ARN, se eliminan los intrones y los exones se unen covalentemente entre sí como parte de la generación del ARN maduro . Así como el conjunto completo de genes de una especie constituye el genoma , el conjunto completo de exones constituye el exoma .

Historia

El término exón deriva de la región expresada y fue acuñado por el bioquímico estadounidense Walter Gilbert en 1978: "La noción de cistrón ... debe ser reemplazada por la de una unidad de transcripción que contenga regiones que se perderán del mensajero maduro – lo cual creo Sugiero que llamemos a los intrones (para regiones intragénicas), alternando con regiones que se expresarán, exones". [1]

Esta definición se hizo originalmente para transcripciones que codifican proteínas y que se empalman antes de traducirse. Posteriormente, el término llegó a incluir secuencias eliminadas de ARNr [2] y ARNt , [3] y otros ARNnc [4] y también se usó más tarde para moléculas de ARN que se originan en diferentes partes del genoma y que luego se ligan mediante trans-empalme. [5]

Contribución a los genomas y distribución de tamaño.

Aunque los eucariotas unicelulares como la levadura no tienen intrones o tienen muy pocos, los metazoos y especialmente los genomas de los vertebrados tienen una gran fracción de ADN no codificante . Por ejemplo, en el genoma humano sólo el 1,1% del genoma está formado por exones, mientras que el 24% está formado por intrones y el 75% del genoma es ADN intergénico . [6] Esto puede proporcionar una ventaja práctica en la atención médica asistida por ómicas (como la medicina de precisión ) porque hace que la secuenciación del exoma completo comercializada sea un desafío más pequeño y menos costoso que la secuenciación del genoma completo comercializada . La gran variación en el tamaño del genoma y el valor C entre las formas de vida ha planteado un desafío interesante llamado el enigma del valor C.

En todos los genes eucariotas en GenBank, había (en 2002), en promedio, 5,48 exones por gen codificante de proteína. El exón promedio codificaba entre 30 y 36 aminoácidos . [7] Si bien el exón más largo del genoma humano tiene 11555 pb de largo, se ha descubierto que varios exones tienen solo 2 pb de largo. [8] Se ha informado de un exón de un solo nucleótido en el genoma de Arabidopsis . [9] En los seres humanos, al igual que el ARNm codificante de proteínas , la mayoría del ARN no codificante también contiene múltiples exones [10]

Estructura y función

Exones en un precursor del ARN mensajero (pre-ARNm). Los exones pueden incluir tanto secuencias que codifican aminoácidos (rojo) como secuencias no traducidas (gris). Los intrones (aquellas partes del pre-ARNm que no están en el ARNm) (azul) se eliminan y los exones se unen (empalman) para formar el ARNm funcional final. Los extremos 5' y 3' del ARNm están marcados para diferenciar las dos regiones no traducidas (gris).

En los genes codificadores de proteínas, los exones incluyen tanto la secuencia codificante de proteínas como las regiones no traducidas (UTR) 5' y 3'. A menudo, el primer exón incluye tanto la 5′-UTR como la primera parte de la secuencia codificante, pero en algunos genes se producen exones que contienen solo regiones de 5′-UTR o (más raramente) 3′-UTR, es decir, las UTR pueden contener intrones. . [11] Algunas transcripciones de ARN no codificantes también tienen exones e intrones.

Los ARNm maduros que se originan en el mismo gen no necesitan incluir los mismos exones, ya que se pueden eliminar diferentes intrones en el pre-ARNm mediante el proceso de empalme alternativo .

La exonización es la creación de un nuevo exón, como resultado de mutaciones en los intrones . [12]

Enfoques experimentales utilizando exones.

La captura de exones o ' gene trapping ' es una técnica de biología molecular que aprovecha la existencia del empalme intrón-exón para encontrar nuevos genes. [13] El primer exón de un gen 'atrapado' se empalma en el exón que está contenido en el ADN de inserción. Este nuevo exón contiene el ORF de un gen indicador que ahora puede expresarse utilizando los potenciadores que controlan el gen diana. Un científico sabe que un nuevo gen ha quedado atrapado cuando se expresa el gen informador.

El empalme se puede modificar experimentalmente para que los exones específicos se excluyan de las transcripciones de ARNm maduro bloqueando el acceso de pequeñas partículas de ribonucleoproteína nuclear (snRNP) que dirigen el empalme al pre-ARNm utilizando oligos antisentido de morfolino . [14] Esto se ha convertido en una técnica estándar en biología del desarrollo . Los oligos de morfolino también pueden tener como objetivo evitar que las moléculas que regulan el empalme (por ejemplo, potenciadores de empalme, supresores de empalme) se unan al pre-ARNm, alterando los patrones de empalme.

Mal uso común del término

Los usos incorrectos comunes del término exón son que "los exones codifican proteínas", o "los exones codifican aminoácidos" o "los exones se traducen". Sin embargo, este tipo de definiciones solo cubren genes que codifican proteínas y omiten aquellos exones que pasan a formar parte de un ARN no codificante [15] o de la región no traducida de un ARNm . [16] [17] Estas definiciones incorrectas todavía ocurren en fuentes secundarias confiables en general. [18] [19]

Ver también

Referencias

  1. ^ Gilbert W (febrero de 1978). "¿Por qué genes en pedazos?". Naturaleza . 271 (5645): 501. Código bibliográfico : 1978Natur.271..501G. doi : 10.1038/271501a0 . PMID  622185.
  2. ^ Kister KP, Eckert WA (marzo de 1987). "Caracterización de un auténtico intermediario en el proceso de autoempalme del ARN precursor ribosómico en macronúcleos de Tetrahymena thermophila". Investigación de ácidos nucleicos . 15 (5): 1905–20. doi :10.1093/nar/15.5.1905. PMC 340607 . PMID  3645543. 
  3. ^ Valenzuela P, Venegas A, Weinberg F, Bishop R, Rutter WJ (enero de 1978). "Estructura de los genes de ARNt de fenilalanina de levadura: un segmento de ADN intermedio dentro de la región que codifica el ARNt". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 75 (1): 190–4. Código Bib : 1978PNAS...75..190V. doi : 10.1073/pnas.75.1.190 . PMC 411211 . PMID  343104. 
  4. ^ Khan, señor; Wellinger, RJ; Laurent, B (agosto de 2021). "Explorando el empalme alternativo de ARN largos no codificantes". Tendencias en Genética . 37 (8): 695–698. doi :10.1016/j.tig.2021.03.010. PMID  33892960. S2CID  233382870.
  5. ^ Liu AY, Van der Ploeg LH, Rijsewijk FA, Borst P (junio de 1983). "La unidad de transposición de la variante del gen 118 de la glicoproteína de superficie de Trypanosoma brucei. Presencia de elementos repetidos en su borde y ausencia de secuencias asociadas al promotor". Revista de biología molecular . 167 (1): 57–75. doi :10.1016/S0022-2836(83)80034-5. PMID  6306255.
  6. ^ Venter JC; et al. (2000). "La secuencia del genoma humano". Ciencia . 291 (5507): 1304–51. Código Bib : 2001 Ciencia... 291.1304V. doi : 10.1126/ciencia.1058040 . PMID  11181995.
  7. ^ Sakharkar M, Passetti F, de Souza JE, Long M, de Souza SJ (2002). "ExInt: una base de datos de intrones de exones". Ácidos nucleicos Res . 30 (1): 191–4. doi :10.1093/nar/30.1.191. PMC 99089 . PMID  11752290. 
  8. ^ Sakharkar MK; Chow VT; Kangueane P. (2004). "Distribuciones de exones e intrones en el genoma humano". En Silico Biol . 4 (4): 387–93. PMID  15217358.
  9. ^ Guo Lei, Liu Chun-Ming (2015). "Un exón de un solo nucleótido encontrado en Arabidopsis". Informes científicos . 5 : 18087. Código Bib : 2015NatSR...518087G. doi : 10.1038/srep18087. PMC 4674806 . PMID  26657562. 
  10. ^ Derrien, T; Johnson, R; Bussotti, G; Tanzer, A; Djebali, S; Tilgner, H; Guernec, G; Martín, D; Merkel, A; Knowles, director general; Lagarde, J; Veeravalli, L; Ruán, X; Ruán, Y; Lassmann, T; Carninci, P; Marrón, JB; Lipovich, L; González, JM; Tomás, M; Davis, California; Shiekhattar, R; Gingeras, TR; Hubbard, TJ; Notredame, C; Grada, J; Guigó, R (septiembre de 2012). "El catálogo GENCODE v7 de ARN largos no codificantes humanos: análisis de su estructura, evolución y expresión genética". Investigación del genoma . 22 (9): 1775–89. doi :10.1101/gr.132159.111. PMC 3431493 . PMID  22955988. 
  11. ^ Bicknell, AA (diciembre de 2012). "Intrones en UTR: por qué deberíamos dejar de ignorarlos". Bioensayos . 34 (12): 1025-1034. doi : 10.1002/bies.201200073 . PMID  23108796. S2CID  5808466.
  12. ^ Sorek R (octubre de 2007). "El nacimiento de nuevos exones: mecanismos y consecuencias evolutivas". ARN . 13 (10): 1603–8. doi :10.1261/rna.682507. PMC 1986822 . PMID  17709368. 
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  14. ^ Morcos PA (junio de 2007). "Lograr una alteración específica y cuantificable del empalme de ARNm con oligos de Morfolino". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 358 (2): 521–7. doi :10.1016/j.bbrc.2007.04.172. PMID  17493584.
  15. ^ Khan, señor; Wellinger, RJ; Laurent, B (agosto de 2021). "Explorando el empalme alternativo de ARN largos no codificantes". Tendencias en Genética . 37 (8): 695–698. doi :10.1016/j.tig.2021.03.010. PMID  33892960. S2CID  233382870.
  16. ^ Lu, J; Williams, JA; Lucas, J; Zhang, F; Chu, K; Kay, MA (enero de 2017). "Un exón no codificante 5 'que contiene un intrón diseñado mejora la expresión transgénica de vectores AAV recombinantes in vivo". Terapia genética humana . 28 (1): 125-134. doi :10.1089/hum.2016.140. PMC 5278795 . PMID  27903072. 
  17. ^ Chung, POR; Simón, C; Fiordo, AE; Marrón, CM; Hellens, RP (19 de mayo de 2006). "Efecto de los intrones 5'UTR sobre la expresión génica en Arabidopsis thaliana". Genómica BMC . 7 : 120. doi : 10.1186/1471-2164-7-120 . PMC 1482700 . PMID  16712733. 
  18. ^ "Exón". Genoma.gov . Archivado desde el original el 16 de marzo de 2023 . Consultado el 23 de marzo de 2023 .
  19. ^ "Exón". www.naturaleza.com . Citable. Archivado desde el original el 23 de marzo de 2023 . Consultado el 23 de marzo de 2023 .

Bibliografía

enlaces externos

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