12.8: Empalme alternativo

Para muchos genes, todos los intrones en el ARNm se empalman de una manera única, dando como resultado un ARNm por gen. Pero hay un número creciente de ejemplos de otros genes en los que ciertos exones se incluyen o excluyen del ARNm maduro final, un proceso llamado splicing alternativo. Algunos exones pueden estar incluidos en algunos tejidos y no en otros, o pueden ser específicos del sexo, lo que indica cierta regulación sobre la selección de sitios de corte y empalme.

El empalme alternativo de pre-ARNm significa que un solo gen puede codificar más de un producto proteico (por ejemplo, determinación del sexo en Drosophila melanogaster).

Drosophila melanogaster

La relación X a autosoma (relación X:A) en el cigoto determinará cuál de dos vías de desarrollo diferentes a lo largo de las cuales se desarrollará la mosca. Si la relación X:A es alta (por ejemplo, la hembra es XX y la relación X:A es 1.0), la mosca utilizará la vía femenina; si la relación es baja (por ejemplo 0.5 ya que el macho es XY), se desarrollará como macho.

La relación X:A se determina “contando” ciertos genes (o su expresión) en el cromosoma X (por ejemplo, sin hermana a, b sin hermana y runt) para el numerador y contando otros genes (como deadpan) para el denominador. Todos los productos de estos genes son homólogos a diversas calses de factores de transcripción, lo que concuerda con que al menos parte de la regulación de la determinación del sexo sea transcripcional. Sin embargo, como se analiza a continuación, el empalme alternativo también juega un papel clave, al menos en Drosophila.

Las vías tienen al menos cuatro pasos que fueron definidos genéticamente por mutaciones que provocaron, por ejemplo, que las moscas genéticamente hembras (alto X:A) se desarrollaran como machos. En cada caso, el mismo gen codifica ARNm específicos tanto masculinos como femeninos (y proteínas), pero los ARNm específicos de sexo (y proteínas) difieren como resultado de un corte y empalme alternativo.

En todos los casos, el estado predeterminado es el desarrollo masculino, y alguna nueva actividad tiene que estar presente para establecer y mantener la vía femenina.

1. El objetivo de la señal X:A es el gen Sex-letal (Sxl), que sirve como gen interruptor maestro. En el desarrollo temprano, una relación X:A de 1 en las hembras conduce a la activación de un promotor específico de embriones del gen Sxl, mientras que Sxl no se transcribe en embriones masculinos. Posteriormente en desarrollo, Sxl se transcribe en ambos sexos. Ahora la alta relación X:A conduce al salto de un exón en el corte y empalme del pre-ARNm del gen Sex‑letal. Esto produce una proteína Sxl funcional en hembras. En los machos (vía predeterminada), el ARNm tiene un codón de terminación temprana y no se elabora ninguna proteína Sxl funcional.

Figura 3.3.19.

2. Una proteína Sxl funcional inhibe el corte y empalme predeterminado del pre-ARNm del gen transformador, para generar una proteína Tra funcional en embriones femeninos. En el corte y empalme específico para mujeres de tra pre-ARN, un sitio de empalme 5' (común al corte y empalme masculino y femenino) se conecta a un sitio alternativo de empalme 3', eliminando así un codón de terminación y permitiendo que se realice la proteína Tra de función (Figura 3.3.15).
3. La proteína Tra promueve el corte y empalme específico para mujeres de pre-ARNm del gen tra2, generando nuevamente una proteína Tra2 funcional solo en mujeres.
4. Las proteínas Tra y Tra2 promueven el corte y empalme específico para mujeres de pre-ARNm del gen doublesex (dsx). En este caso, el ARNm específico de macho se ha saltado un exón (Figura 3.3.15). Saltarse un exón requiere una alteración en el patrón de empalme tanto en el sitio de empalme 3' como en los sitios de empalme 5' que rodean al exón.
5. La proteína Dsx específica para machos bloquea la diferenciación femenina y conduce al desarrollo masculino. La proteína Dsx específica para mujeres reprime la expresión de genes masculinos y conduce al desarrollo femenino.

Algunas pistas sobre el mecanismo

1. Tra y Tra2 son proteínas de unión a ARN relacionadas con el factor de empalme 2 (SF2). Esta última proteína tiene un dominio rico en el dipéptido Arg-Ser, que define un tipo de dominio de unión a ARN. Se requiere SF2 para los primeros pasos en el ensamblaje del spliceosoma. Las proteínas Tra y Tra2 relacionadas no son necesarias para la viabilidad, pero sí regulan los eventos específicos de corte y empalme para pre-ARNm a partir de dsx.
2. Tra2 se une en el exón específico femenino del transcrito dsx, y presumiblemente regula la selección del sitio de corte y empalme. El sitio de unión para Tra2 dentro del exón es un ejemplo de un potenciador de corte y empalme. Los mecanismos por los cuales la unión de proteínas reguladoras de corte y empalme (por ejemplo, Tra, Tra2) a potenciadores de corte y empalme es un área de investigación muy activa actualmente.
3. Sxl es otra proteína de unión a ARN que inhibe el patrón de corte y empalme predeterminado para tra pre-ARNm.

Figura 3.3.20.

Colaboradores y Atribuciones

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