L'empalmament representa un procés crucial durant la transcripció al nucli dels eucariotes, en què l'ARNm madur surt del pre-ARNm. En aquest procés, s’eliminen els introns que encara són presents al pre-mRNA després de la transcripció i els exons restants es combinen per formar l’ARNm final.
Què és el splicing?
El primer pas general l’expressió s’anomena transcripció. En aquest procés, se sintetitza l'ARN, utilitzant l'ADN com a plantilla. El dogma central de la biologia molecular és que el flux d’informació genètica és des de l’ADN portador d’informació fins a l’ARN a la proteïna. El primer pas general l’expressió és transcripció. En aquest procés, se sintetitza l'ARN, utilitzant l'ADN com a plantilla. L’ADN és el portador de la informació genètica, que s’emmagatzema allà amb l’ajut d’un codi format per les quatre bases adenina, timina, guanina i citosina. Durant la transcripció, el complex proteic de l'ARN polimerasa llegeix la seqüència de bases de l'ADN i produeix el corresponent "ARN pre-missatger" (pre-ARNm per abreviar). En aquest procés, sempre s’insereix uracil en lloc de timina. Els gens estan formats per exons i introns. Els exons són aquelles parts del material genètic que realment codifiquen informació genètica. Els introns, en canvi, representen seccions sense codificar dins d’un fitxer general. Els gens emmagatzemats a l’ADN s’intercalen per tant amb segments llargs als quals no es corresponen aminoàcids a la proteïna posterior i no contribueixen a la traducció. Un gen pot tenir fins a 60 introns, amb longituds compreses entre 35 i 100,000 nucleòtids. De mitjana, aquests introns són deu vegades més llargs que els exons. El pre-ARNm format en el primer pas de la transcripció, també conegut sovint com a ARNm immadur, encara conté exons i introns. Aquí és on comença el procés de splicing. Els introns s’han d’eliminar del pre-ARNm i els exons restants han d’estar units. Només així l’ARNm madur pot sortir del nucli i iniciar la traducció. L'empalmament es realitza principalment amb l'ajut de l'espliceosoma. Es compon de cinc snRNP (petites partícules nuclears de ribonucleoproteïna). Cadascun d’aquests snRNP consta d’un snRNA i proteïnes. Algun altre proteïnes que no formen part dels snRNP també formen part de l'espliceosoma. Els spliceosomes es divideixen en spliceosoma major i menor. Els spliceosomes principals processen més del 95% de tots els introns humans i els spliceosomes menors manipulen principalment els introns ATAC. Per explicar el splicing, Richard John Roberts i Phillip A. Sharp van ser guardonats amb el premi Nobel de medicina el 1993. Per la seva investigació sobre l’empalmament alternatiu i l’acció catalítica de l’ARN, Thomas R. Cech i Sidney Altman van rebre el premi Nobel de química el 1989. .
Funció i tasca
En el procés d’empalmament, l’espliceosoma es torna a formar cada vegada a partir de les seves parts individuals. En els mamífers, l’SNRNP U1 s’uneix primer al lloc de 5’-splice i inicia la formació de la resta de l’espliceosoma. El snRNP U2 s’uneix al lloc de ramificació de l’intró. Després d'això, el tri-snRNP també s'uneix. L’espliceosoma catalitza la reacció d’empalmament mitjançant dues transesterificacions successives. A la primera part de la reacció, an oxigen àtom del grup 2'-OH d'un adenosina des de la "seqüència de punts de branca" (BPS) ataca a fòsfor àtom d’un enllaç fosfodièster al lloc 5 ’d’empalme. Això allibera l’exó 5 ′ i circula l’intró. El oxigen l'àtom del grup 3'-OH, ara lliure de l'exó 5', ara s'uneix al lloc d'empalme 3', connectant els dos exons i alliberant l'intró. Per tant, l’intró es converteix en una conformació en forma de schligen, anomenada lariat, que posteriorment es degrada. En canvi, els spliceosomes no tenen cap paper en el splicing autocatalític (auto-splicing). Aquí, els introns són exclosos de la traducció per l’estructura secundària del mateix RNA. L’empalmament enzimàtic de tRNA (ARN de transferència) es produeix en eucariotes i arquees, però no en els bacteris. El procés d’empalmament s’ha de produir amb una precisió extrema exactament al límit exó-intró, ja que només es produiria una desviació d’un sol nucleòtid. lead a la codificació incorrecta de aminoàcids i, per tant, a la formació de completament diferents proteïnes. L'empalmament d'un pre-ARNm pot variar a causa de les influències ambientals o del tipus de teixit. Això significa que es poden formar diferents proteïnes a partir de la mateixa seqüència d’ADN i, per tant, del mateix pre-ARNm. Aquest procés s’anomena splicing alternatiu. Una cèl·lula humana conté uns 20,000 gens, però és capaç de formar diversos centenars de milers de proteïnes a causa d’un empalmament alternatiu. Aproximadament el 30% de tots els gens humans presenten empalmes alternatius. L’empalmament ha tingut un paper important en el curs de l’evolució. Els exons solen codificar dominis individuals de proteïnes, que es poden combinar de diverses maneres. Això significa que es pot generar una gran varietat de proteïnes amb funcions completament diferents a partir d’uns pocs exons. Aquest procés s’anomena barreja d’exons.
Malalties i trastorns
Algunes malalties heretades poden sorgir en estreta associació amb l’empalmament. Normalment no es fan mutacions en els introns no codificants lead a defectes en la formació de proteïnes. Tanmateix, si es produeix una mutació en una part d’un intró que és important per a la regulació de l’empalmament, això pot passar lead al splicing defectuós del pre-ARNm. L’ARNm madur resultant codifica llavors proteïnes defectuoses o, en el pitjor dels casos, nocives. Aquest és el cas, per exemple, d’alguns tipus de beta-talassèmia, un hereditari anèmia. Altres representants de malalties que sorgeixen d’aquesta manera inclouen Síndrome d'Ehlers-Danlos (EDS) tipus II i atròfia muscular espinal.
