Structure of a Spliceosome: Molecular Framework for Understanding Pre-mRNA Splicing

Beauty of Science

19 Jan 201707:04

Summary

TLDREl dogma central de la biología molecular describe cómo la información genética en el ADN celular se transcribe a ARN mensajero, que luego se traduce en proteínas. Sin embargo, muchos genes requieren el proceso de empalme del ARN, que consiste en una reacción de dos pasos donde se eliminan los intrones y se unen los exones. Este proceso es crucial para la creación de variantes proteicas y está involucrado en más de 200 enfermedades humanas. La maquinaria celular encargada del empalme es el spliceosoma, una estructura dinámica que organiza ARN y proteínas para facilitar la reacción. Además, su estudio ha revelado similitudes evolutivas con elementos genéticos móviles, proporcionando una comprensión más profunda de la evolución del genoma eucariota.

Takeaways

😀 La dogma central en biología molecular describe cómo la información genética en el ADN se transcribe en ARN mensajero, que luego se traduce en proteínas, pero este proceso es más complejo de lo que parece.
😀 La mayoría de los genes requieren un proceso llamado empalme del ARN, que es similar a unir segmentos de película o cinta magnética.
😀 El empalme es una reacción en dos pasos que involucra residuos de ARN conservados y sitios de empalme en el intrón entre dos exones.
😀 Este proceso es esencial para la creación de variantes de proteínas, como en el caso de la molécula de adhesión celular en el síndrome de Down, que tiene más de 38,000 isoformas posibles.
😀 El spliceosoma es la maquinaria celular que lleva a cabo el empalme, y su función difiere del ribosoma, que sintetiza proteínas.
😀 El spliceosoma tiene una morfología extendida y asimétrica, lo que le permite realizar un proceso de empalme adecuado para pre-mARNs de diferentes longitudes y secuencias.
😀 El spliceosoma está compuesto por tres moléculas de ARN pequeño nuclear (snRNA) y proteínas que ayudan a anclar estos ARN en el centro catalítico o alejarse de él.
😀 La acción catalítica del spliceosoma depende de iones de magnesio y de un trío de ARN dentro del centro catalítico, que lleva a cabo dos reacciones nucleofílicas durante el empalme.
😀 Proteínas como PRP45 vinculan los ARN del spliceosoma y ayudan a propagar cambios estructurales en el centro catalítico hacia otras partes del spliceosoma.
😀 La evolución del spliceosoma probablemente esté relacionada con los elementos genéticos móviles, como los intrones autoempalmantes del grupo 2B, lo que sugiere un vínculo entre el empalme y la evolución de las células eucariotas.

Q & A

¿Qué es el dogma central en biología molecular?
-El dogma central en biología molecular establece que la información genética en el ADN celular se transcribe en ARN mensajero, el cual es luego traducido en proteínas.
¿Por qué la transcripción de ARN mensajero no es tan simple como parece?
-La transcripción de ARN mensajero no es simple porque muchos genes requieren el proceso de empalme (splicing), que implica la eliminación de secuencias no codificantes (intrones) y la unión de las secuencias codificantes (exones).
¿Qué es el empalme de ARN?
-El empalme de ARN es un proceso en dos pasos que involucra la eliminación de intrones del ARN mensajero primario y la unión de exones para formar un ARN mensajero maduro. Esto permite la creación de variantes proteicas.
¿Qué es el spliceosoma y cuál es su función?
-El spliceosoma es una maquinaria celular encargada de realizar el empalme del ARN. Está formado por ARN y proteínas, y se encarga de reconocer, anclar y remodelar el ARN para facilitar las reacciones de empalme.
¿Cómo se organiza el spliceosoma para llevar a cabo su función?
-El spliceosoma se organiza en cuatro subcomplejos principales. El U5 snRNP actúa como el andamiaje clave sobre el cual se anclan los otros subcomplejos, permitiendo la correcta coordinación del empalme.
¿Qué proteínas están involucradas en la actividad del spliceosoma?
-El spliceosoma está compuesto por proteínas que ayudan a anclar el ARN en o lejos del centro catalítico, como la proteína SP42, y proteínas que remodelan el ARN en el espacio tridimensional, como las helicasas.
¿Cuál es el papel de los iones de magnesio en la reacción de empalme?
-Los iones de magnesio en el centro catalítico del spliceosoma juegan un papel crucial en las reacciones nucleofílicas de empalme, activando al nucleófilo y estabilizando el grupo saliente, facilitando así la formación de enlaces dentro del ARN.
¿Qué función cumple la proteína PRP45 en el spliceosoma?
-La proteína PRP45 conecta los ARN del spliceosoma con otras proteínas, permitiendo la propagación de cambios que ocurren en el centro catalítico hacia otras partes del spliceosoma.
¿Qué se sabe sobre la estructura y funcionamiento de las helicasas en el spliceosoma?
-Las helicasas en el spliceosoma son proteínas que remodelan el ARN en tres dimensiones, ayudando a la correcta organización del ARN durante el empalme. El SP42 funciona como un reloj molecular que controla la actividad de las helicasas.
¿Cómo se relaciona el spliceosoma con el elemento genético móvil que evolucionó en los eucariotas?
-El spliceosoma comparte un ancestro evolutivo común con los intrones autosplicing del grupo 2B, que se cree que jugó un papel importante en la evolución del genoma eucariota y en la separación de la transcripción y la traducción.