Mutación del sitio de empalme

Una mutación en el sitio de empalme es una mutación genética que inserta, elimina o cambia una cantidad de nucleótidos en el sitio específico en el que se produce el empalme durante el procesamiento del ARN mensajero precursor en ARN mensajero maduro. Las secuencias de consenso del sitio de empalme que impulsan el reconocimiento de exones se encuentran en los extremos de los intrones. La eliminación del sitio de empalme da como resultado que uno o más intrones permanezcan en el ARNm maduro y puede conducir a la producción de proteínas anormales. Cuando ocurre una mutación en el sitio de empalme, la transcripción del ARNm posee información de estos intrones que normalmente no debería incluirse. Se supone que los intrones se eliminan, mientras que los exones se expresan.

La mutación debe ocurrir en el sitio específico en el que ocurre el empalme del intrón: dentro de los sitios no codificantes en un gen, directamente al lado de la ubicación del exón. La mutación puede ser una inserción, deleción, cambio de marco de lectura, etc. El proceso de empalme en sí está controlado por las secuencias dadas, conocidas como secuencias donadoras de empalme y secuencias aceptoras de empalme, que rodean cada exón. Las mutaciones en estas secuencias pueden conducir a la retención de grandes segmentos de ADN intrónico por el ARNm, o a que exones enteros sean empalmados fuera del ARNm. Estos cambios podrían resultar en la producción de una proteína no funcional. Un intrón se separa de su exón por medio del sitio de empalme. El sitio aceptor y el sitio donador relacionados con los sitios de empalme envían señales al espliceosoma sobre dónde debe realizarse el corte real. Estos sitios donantes, o sitios de reconocimiento, son esenciales en el procesamiento del ARNm. El gen vertebrado promedio consta de múltiples exones pequeños (tamaño promedio, 137 nucleótidos) separados por intrones que son considerablemente más grandes.

En 1993, Richard J. Roberts y Phillip Allen Sharp recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su descubrimiento de los "genes divididos". Utilizando el adenovirus modelo en su investigación, pudieron descubrir el splicing, es decir, el hecho de que el pre-ARNm se procesa en ARNm una vez que se eliminan los intrones del segmento de ARN. Estos dos científicos descubrieron la existencia de sitios de splicing, cambiando así la faz de la investigación genómica. También descubrieron que el splicing del ARN mensajero puede ocurrir de diferentes maneras, lo que abre la posibilidad de que se produzca una mutación.

En la actualidad, existen muchos tipos diferentes de tecnologías que permiten localizar y analizar los sitios de empalme para obtener más información. Human Splicing Finder es una base de datos en línea que se deriva de los datos del Proyecto Genoma Humano. La base de datos del genoma identifica miles de mutaciones relacionadas con los campos médicos y de la salud, además de proporcionar información crítica para la investigación sobre las mutaciones del sitio de empalme. La herramienta busca específicamente errores de empalme de pre-ARNm, el cálculo de sitios de empalme potenciales mediante algoritmos complejos y la correlación con varias otras bases de datos genómicas en línea, como el navegador de genoma Ensembl.

Debido a la ubicación sensible de los sitios de empalme, las mutaciones en las áreas aceptoras o donantes de los sitios de empalme pueden resultar perjudiciales para un individuo humano. De hecho, muchos tipos diferentes de enfermedades se originan a partir de anomalías en los sitios de empalme.

Un estudio que investigó el papel de las mutaciones en el sitio de empalme en el cáncer confirmó que una mutación en el sitio de empalme era común en un grupo de mujeres que dieron positivo para cáncer de mama y de ovario. Estas mujeres tenían la misma mutación, según los hallazgos. Una sustitución intrónica de un solo par de bases destruye un sitio aceptor, activando así un sitio de empalme críptico, lo que conduce a una inserción de 59 pares de bases y la terminación de la cadena. Las cuatro familias con cáncer de mama y de ovario tenían mutaciones de terminación de la cadena en la mitad N-terminal de la proteína. La mutación en este ejemplo de investigación estaba ubicada dentro del sitio de empalme.

Las mutaciones en el sitio de empalme se encuentran de manera recurrente en genes clave del linfoma como BCL7A o CD79B debido a una hipermutación somática aberrante, ya que la secuencia a la que se dirige la AID se superpone con las secuencias de los sitios de empalme.

Según un estudio de investigación realizado por Hutton, M et al., se descubrió que una mutación sin sentido que se produce en la región 5' del ARN asociado con la proteína tau está correlacionada con la demencia hereditaria (conocida como FTDP-17). Todas las mutaciones del sitio de empalme desestabilizan una posible estructura de tallo-bucle que probablemente esté involucrada en la regulación del empalme alternativo del exón 10 en el cromosoma 17. En consecuencia, se produce un mayor uso en el sitio de empalme 5' y se crea una mayor proporción de transcripciones de tau que incluyen el exón 10. Un aumento tan drástico en el ARNm aumentará la proporción de Tau que contiene cuatro repeticiones de unión a microtúbulos, lo que es coherente con la neuropatología descrita en varias familias con FTDP-17, un tipo de demencia hereditaria.

Algunos tipos de epilepsia pueden ser provocados por una mutación en el sitio de empalme. Además de una mutación en un codón de terminación, se encontró una mutación en el sitio de empalme en la hebra 3' en un gen que codifica para la cistatina B en pacientes con epilepsia mioclónica progresiva. Esta combinación de mutaciones no se encontró en individuos no afectados. Al comparar secuencias con y sin la mutación en el sitio de empalme, los investigadores pudieron determinar que se produce una transversión de nucleótidos de G a C en la última posición del primer intrón. Esta transversión ocurre en la región que codifica para el gen de la cistatina B. Las personas que sufren de epilepsia mioclónica progresiva poseen una forma mutada de este gen, lo que resulta en una disminución de la producción de ARNm maduro y, posteriormente, una disminución de la expresión de proteínas.

Un estudio también ha demostrado que un tipo de epilepsia de ausencia infantil (EAI) que causa convulsiones febriles puede estar relacionada con una mutación en el sitio de empalme del sexto intrón del gen GABRG2. Se descubrió que esta mutación en el sitio de empalme causaba una subunidad GABRG2 no funcional en los individuos afectados. Según este estudio, una mutación puntual fue la culpable de la mutación del sitio donante de empalme, que se produjo en el intrón 6. Se produce un producto proteico no funcional, lo que conduce a la subunidad también no funcional.

Varias enfermedades genéticas pueden ser el resultado de mutaciones en el sitio de empalme. Por ejemplo, las mutaciones que causan el empalme incorrecto del ARNm de la β-globina son responsables de algunos casos de β-talasemia. Otro ejemplo es la PTT (púrpura trombocitopénica trombótica). La PTT es causada por la deficiencia de ADAMTS-13. Por lo tanto, una mutación en el sitio de empalme del gen ADAMTS-13 puede causar PTT. Se estima que el 15% de todas las mutaciones puntuales que causan enfermedades genéticas humanas ocurren dentro de un sitio de empalme.

Cuando se produce una mutación en el sitio de empalme del intrón 2 del gen que produce la hormona paratiroidea, puede producirse una deficiencia de paratiroides. En un estudio en particular, una sustitución de G por C en el sitio de empalme del intrón 2 produce un efecto de omisión en la transcripción del ARN mensajero. El exón que se omite posee el codón de inicio para producir la hormona paratiroidea. Tal fallo en la iniciación causa la deficiencia.

Utilizando el organismo modelo Drosophila melanogaster, se han recopilado datos sobre la información genómica y la secuenciación de este organismo. Existe un modelo de predicción en el que un investigador puede cargar su información genómica y utilizar una base de datos de predicción de sitios de empalme para recopilar información sobre dónde podrían estar ubicados los sitios de empalme. El Proyecto Drosophila de Berkeley se puede utilizar para incorporar esta investigación, así como para anotar datos eucromáticos de alta calidad. El predictor de sitios de empalme puede ser una gran herramienta para los investigadores que estudian enfermedades humanas en este organismo modelo.

Las mutaciones en el sitio de empalme pueden analizarse utilizando la teoría de la información.