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El ADN ribosómico ( ADNr ) es una secuencia de ADN que codifica el ARN ribosómico . Estas secuencias regulan el inicio y la amplificación de la transcripción y contienen segmentos espaciadores tanto transcritos como no transcritos .
En el genoma humano existen 5 cromosomas con regiones organizadoras de nucléolo: los cromosomas acrocéntricos 13 ( RNR1 ), 14 ( RNR2 ), 15 ( RNR3 ), 21 ( RNR4 ) y 22 ( RNR5 ). Los genes responsables de codificar las distintas subunidades del ARNr se encuentran en múltiples cromosomas de los seres humanos. Pero los genes que codifican el ARNr están altamente conservados en todos los dominios, y sólo los números de copias involucrados para los genes tienen números variables según la especie. [1] En bacterias , arqueas y cloroplastos , el ARNr está compuesto de diferentes unidades (más pequeñas), el ARN ribosómico grande (23S) , el ARN ribosómico 16S y el ARNr 5S. El ARNr 16S se utiliza ampliamente para estudios filogenéticos . [2]
El ARNr transcrito a partir de aproximadamente 600 repeticiones de ADN r forma la sección más abundante de ARN que se encuentra en las células de eucariotas . [1] Los ribosomas son conjuntos de proteínas y moléculas de ARNr que traducen moléculas de ARNm para producir proteínas. Como se muestra en la figura, el ADNr de eucariotas consiste en una repetición en tándem de un segmento unitario, compuesto por los tractos NTS, ETS, 18S , ITS1 , 5.8S , ITS2 y 28S . El ADNr tiene otro gen, que codifica el ARNr 5S , ubicado en el genoma de la mayoría de los eucariotas. [3] El ADNr 5S también está presente en repeticiones en tándem independientes como en Drosophila . [3] Las regiones de ADN que son repetitivas a menudo sufren eventos de recombinación. Las repeticiones del ADNr tienen muchos mecanismos reguladores que evitan que el ADN sufra mutaciones, manteniendo así el ADNr conservado. [1]
En el núcleo, la región de ADNr del cromosoma se visualiza como un nucléolo que forma bucles cromosómicos expandidos con ADNr. Las unidades transcripcionales de ARNr están agrupadas en repeticiones en tándem. Estas regiones de ADNr también se denominan regiones organizadoras del nucléolo , ya que dan origen al nucléolo. En el ADNr, las repeticiones en tándem se encuentran principalmente en el nucléolo; pero el ADNr heterocromático se encuentra fuera del nucléolo. Sin embargo, el ADNr transcripcionalmente activo reside dentro del propio nucléolo. [1]
En la gran matriz de ADNr, los polimorfismos entre las unidades repetidas de ADNr son muy bajos, lo que indica que las matrices en tándem de ADNr están evolucionando a través de una evolución concertada . [3] Sin embargo, el mecanismo de la evolución concertada es imperfecto, de modo que los polimorfismos entre repeticiones dentro de un individuo pueden ocurrir en niveles significativos y pueden confundir los análisis filogenéticos de organismos estrechamente relacionados. [4] [5]
Se compararon entre sí secuencias repetidas en tándem 5S en varias Drosophila ; El resultado reveló que las inserciones y eliminaciones se producían con frecuencia entre especies y, a menudo, estaban flanqueadas por secuencias conservadas. [6] Podrían ocurrir por deslizamiento de la cadena recién sintetizada durante la replicación del ADN o por conversión de genes. [6]
Los tractos de transcripción del ADNr tienen una baja tasa de polimorfismo entre especies, lo que permite la comparación interespecífica para dilucidar la relación filogenética utilizando solo unos pocos especímenes. Las regiones codificantes del ADNr están altamente conservadas entre las especies, pero las regiones ITS son variables debido a inserciones, eliminaciones y mutaciones puntuales. Entre especies remotas como humanos y ranas, la comparación de secuencias en sus tractos no es apropiada. [7] Las secuencias conservadas en las regiones codificantes del ADNr permiten comparaciones de especies remotas, incluso entre levaduras y humanos. El ARNr 5.8S humano tiene un 75% de identidad con el ARNr 5.8S de levadura. [8] En los casos de especies hermanas, la comparación del segmento de ADNr, incluidos sus tractos entre especies, y el análisis filogenético se realizan de manera satisfactoria. [9] [10] Las diferentes regiones codificantes de las repeticiones de ADNr generalmente muestran distintas tasas de evolución. Como resultado, este ADN puede proporcionar información filogenética de especies que pertenecen a amplios niveles sistemáticos. [11]
Un fragmento de ADNr de levadura que contiene el gen 5S, ADN espaciador no transcrito y parte del gen 35S tiene una actividad estimulante de la recombinación mitótica localizada que actúa en cis. [12] Este fragmento de ADN contiene un punto de recombinación mitótica , denominado HOT1. "HOT1 expresa actividad estimulante de la recombinación cuando se inserta en ubicaciones novedosas en el genoma de la levadura ". HOT1 incluye un promotor de transcripción de ARN polimerasa I (PolI) que cataliza la transcripción del gen de ARNr ribosómico 35S . En un mutante defectuoso de PolI, se suprime la actividad estimulante de la recombinación del punto de acceso HOT1. El nivel de transcripción de PolI en HOT1 parece determinar el nivel de recombinación . [13]
Las enfermedades pueden estar asociadas con mutaciones del ADN en las que el ADN puede expandirse, como la enfermedad de Huntington , o perderse debido a mutaciones por deleción. Lo mismo ocurre con las mutaciones que ocurren en las repeticiones del ADNr; Se ha descubierto que si los genes asociados con la síntesis de ribosomas se alteran o mutan, puede provocar diversas enfermedades asociadas con el esqueleto o la médula ósea. Además, cualquier daño o alteración de las enzimas que protegen las repeticiones en tándem del ADNr puede provocar una menor síntesis de ribosomas, lo que también conduce a otros defectos en la célula. Las enfermedades neurológicas también pueden surgir por mutaciones en las repeticiones en tándem del ADNr, como el síndrome de Bloom , que se produce cuando el número de repeticiones en tándem aumenta cerca de cien veces; comparado con el del número normal de repeticiones en tándem. También pueden nacer varios tipos de cáncer a partir de mutaciones de las repeticiones en tándem del ADN ribosómico. Las líneas celulares pueden volverse malignas debido a una reordenación de las repeticiones en tándem o a una expansión de las repeticiones en el ADNr. [14]