Exitrón

Los exitrones ( intrones exónicos ) se producen mediante un empalme alternativo y tienen características tanto de intrones como de exones, pero se describen como intrones retenidos. Aunque se consideran intrones, que normalmente se eliminan de las secuencias de preARNm, surgen problemas importantes cuando los exitrones se eliminan de estas cadenas, siendo el resultado más obvio la alteración de las estructuras y funciones de las proteínas. Se descubrieron por primera vez en plantas, pero recientemente también se han encontrado en especies de metazoos.

Los exitrones son el resultado de un empalme alternativo (SA), en el que los intrones se eliminan típicamente de una secuencia de pre-ARNm, mientras que los exones permanecen en la secuencia y se traducen en proteínas. La misma secuencia dentro de una cadena de pre-ARNm puede considerarse un intrón o un exón dependiendo de la proteína que se desee producir. Como resultado, se generan diferentes secuencias finales de ARNm y se puede producir una gran variedad de proteínas a partir de un solo gen. ^[1] Las mutaciones que existen en estas secuencias también pueden alterar la forma en que se empalma una secuencia y, como resultado, cambiar la proteína producida. ^[2] Se ha descubierto que las mutaciones de empalme de una secuencia de ARNm son responsables del 15 al 60 % de las enfermedades genéticas humanas, lo que sugiere que los exitrones pueden tener un papel crucial en la homeostasis de los órganos. ^{[3] [4]}

Un estudio previo había analizado el empalme alternativo en plantas de Rockcress ( Arabidopsis ) y señaló las características de los intrones retenidos en las secuencias. Tenían un subconjunto de lo que llamaron "intrones crípticos" que no contenían codones de terminación y ahora se consideran exitrones. ^[5] Los mismos investigadores realizaron estudios adicionales sobre sus exitrones recién descubiertos y encontraron 1002 exitrones en 892 genes de Rockcress, una planta con flores que se ha utilizado para modelar los exitrones. ^[4] Aunque se descubrieron en plantas, también se han encontrado exitrones en otras especies de metazoos y en humanos. ^{[4] [6]} Un análisis exhaustivo reciente del empalme de exitrones en 33 tipos de cáncer destacó la abundancia y el impacto de los exitrones en los cánceres humanos. ^[7] Este estudio reveló que el empalme de exitrones altera los dominios funcionales de las proteínas, lo que causa efectos impulsores del cáncer e introduce una nueva fuente potencial de neoantígenos. ^{[7] [8]}

Las transcripciones con exitrones en sus secuencias se pueden distinguir de aquellas con intrones retenidos de varias maneras: (1) las transcripciones que contienen exitrones se transportan fuera del núcleo para ser traducidas, mientras que las que contienen intrones se identifican como procesadas de forma incompleta y se mantienen en el núcleo donde no se pueden traducir. (2) solo las transcripciones con exitrones de longitudes no divisibles por tres tienen el potencial de incorporar secuencias de terminación prematura, mientras que las secuencias con intrones normalmente dan como resultado una terminación prematura. Por lo tanto, los eventos de cambio de marco de extrones tenían más probabilidades de evadir la desintegración mediada por sinsentidos (NMD) que las retenciones de intrones. ^[7] (3) Las transcripciones de extrones suelen ser las isoformas principales, pero las que tienen intrones solo están presentes en pequeñas cantidades. ^[6] (4) Los extrones tenían características distintivas de actuación en cis, como sitios de empalme 5' y 3' débiles, alto contenido de GC y longitud corta en comparación con los intrones retenidos. ^[7]

Los exitrones se consideran intrones, pero tienen características tanto de intrones como de exones. Se originaron a partir de exones codificantes ancestrales, pero tienen señales de sitios de empalme más débiles que otros intrones. Se ha descubierto que los exitrones son más largos y tienen un mayor contenido de GC que las regiones de intrones y los intrones constitutivos. Sin embargo, son de tamaño similar a los exones constitutivos y su contenido de GC es menor en comparación con otros exones. ^[4] Los exitrones carecen de codones de terminación dentro de sus secuencias, tienen sustituciones sinónimas y se encuentran más comúnmente en múltiplos de tres nucleótidos. ^[6] Las secuencias de exitrones contienen sitios para numerosas modificaciones postraduccionales, incluidas la sumoilación, la ubiquitilación, la S-nitrosilación y la acetilación de lisina. La capacidad del empalme de exitrones (EIS) para alterar los estados de las proteínas demuestra el efecto que puede tener en la distribución del proteoma. ^[4]

El empalme de exitrones afecta al 3,3% de los genes codificadores de proteínas de Arabidopsis . El 11% de las regiones de intrones estaban compuestas por exitrones y el 3,7% de los eventos AS detectados en una muestra fueron empalmes de exitrones. La regulación de EIS en los tejidos está controlada por ciertos factores de estrés, que cumplen una función reguladora en la adaptación y el desarrollo de las plantas. ^[4]

Un análisis mostró que el empalme de exitrones afectó al 63% de los genes codificantes humanos y que el 95% de esos eventos fueron específicos del tumor. ^[7] Se encontró que el empalme de exitrones ocurrió con mayor frecuencia en tejidos cancerosos (63%), en comparación con las células de tejido humano normal (17%), y la tasa más alta de empalme de exitrones ocurrió en tumores de ovario, esófago, estómago y leucemia mieloide aguda. ^[7] Usando un modelo aditivo generalizado , los investigadores determinaron que la desregulación del empalme de exitrones en cánceres podría explicarse en gran medida por la expresión diferencial de factores de empalme. ^[7]

Se ha descubierto que el empalme de exitrones es una estrategia conservada para aumentar la plasticidad del proteoma tanto en plantas como en animales, ya que afecta las características de las proteínas vegetales y humanas de manera similar. ^[4] Cuando los exitrones se empalman fuera de una secuencia, esto ha dado como resultado proteínas eliminadas internamente y dominios proteicos afectados, regiones desordenadas y varios sitios de modificación postraduccional que afectan la función de la proteína. ^[6] Los exitrones empalmados pueden dar como resultado la terminación prematura de una proteína, mientras que, por el contrario, un exitrón no empalmado da como resultado una proteína de longitud completa. ^[4]

Se ha descubierto que el procesamiento de estos exitrones es sensible a los tipos de células y las condiciones ambientales y su empalme está vinculado al cáncer. ^{[4] [6] [9]} El deterioro de EIS puede contribuir potencialmente al inicio de la formación del cáncer a través de su efecto sobre varios genes relacionados con el cáncer. Estos genes incluyen oncogenes y genes involucrados en la adhesión celular , la migración y la metástasis . ^[4]

La EIS también facilitó el descubrimiento de nuevos genes impulsores del cáncer. Uno de los genes significativamente empalmados por el exitrón (SEG), NEFH , que rara vez experimenta mutaciones, fue identificado como un nuevo supresor tumoral en el cáncer de próstata. El empalme por el exitrón tiene el potencial de introducir neoantígenos altamente inmunogénicos, que pueden ser objeto de inmunoterapia, lo que ofrece una vía prometedora para el tratamiento del cáncer. ^[7]

• Exón  : una región de un gen transcrito presente en la molécula de ARNm funcional final
• Intrón  : secuencias de pares de bases específicas dentro de un gen
• Outron  : una secuencia genética eliminada de las transcripciones de ARN mediante trans -empalme
• Twintron  : intrón dentro de intrón escindido mediante reacciones de empalme