Según el artículo, las diferencias en la edición de la información contenida en los genes podrían, de hecho, ser una importante fuente de variabilidad genética. En concreto, los investigadores han dado un nuevo paso hacia la comprensión de cómo se regula el proceso conocido como splicing*, es decir, de corte y ensamblaje de los segmentos de RNA mensajero* (mRNA) que contienen información genética.

 Según Miguel del Campo, médico y genetista de la Universidad Pompeu Fabra (UPF), los avances que se desprendan de esta investigación permitirán estudiar «qué diferencias hay entre distintas personas en el proceso de edición de los genes. Conociendo eso, podemos avanzar un paso en determinar por qué y cómo se producen las enfermedades, valorar su gravedad y saber por qué varían entre distintas personas que poseen la misma mutación y están sometidas a los mismos agentes externos. En otras palabras, ver cómo este proceso de edición podría ser la causa de la variación o de los síntomas de la enfermedad».

Transcripción y traducción genética

Usando microarrays de DNA* (también llamados chips genéticos o microchips de DNA), los investigadores han podido analizar la edición de todos los genes de una célula simultáneamente: «en el pasado, tenías que analizar un gen cada vez; ahora podemos observar todos los genes en paralelo», dijo Manuel Ares, profesor de biología molecular, celular y de desarrollo de la UCSC y director de la investigación.

 En los cromosomas de cada célula se encuentran copias maestras de todos los genes de un organismo. Cuando un gen se expresa o se activa, su secuencia de DNA es copiada como una molécula de mRNA, que podría definirse como una «copia de trabajo». Este proceso en que el DNA se convierte en RNA se denomina transcripción.

Esta copia de trabajo se divide en diferentes secciones que corresponden a las partes que contienen información para la síntesis de proteínas y las que no la contienen. Estas secciones, llamadas exones e intrones se cortarán, se ordenarán y posteriormente se unirán para formar un mRNA maduro.

En el proceso de splicing los intrones, situados entre los exones, son cortados y eliminados. Los exones en cambio, se ensamblan de nuevo. Dependiendo de cómo se unan producirán proteínas diferentes, aunque todas procedan de un mismo gen. Se trata, básicamente, de un proceso interpretativo: la información genética contenida en el genoma es interpretada de forma diferente en distintos contextos.

Lo más sorprendente del proceso es precisamente esto, que haya varias y, a veces, muy diferentes formas de juntar los exones de un gen en particular. Se trata de transcripciones alternativas que pueden producir diferentes proteínas según las distintas uniones de los exones.

Transcripciones alternativas

Se ha estimado que más del 50% de los genes humanos producen, de forma alterna, mRNA distintos, aunque en este estudio se utilizó el genoma de la levadura porque «los genes de las levaduras tienen muy pocos intrones. Son como una versión simplificada de los grandes genomas de organismos más complejos, como los humanos», explicó Ares.

La idea de que cada gen produce una proteína específica –conocida como la hipótesis «un gen, una proteína»– fue un hito en el desarrollo de la biología moderna. Pero el descubrimiento del splicing alternativo cambió esta idea. El sistema es realmente mucho más complejo y algunos genes ellos son capaces de producir muchas proteínas. Generalmente, un gen sólo permite unos pocos splicings alternativos, pero en ciertos casos esto no es así. La mosca de la fruta, por ejemplo, tiene un gen que genera aparentemente 38 000 versiones diferentes a partir del mismo mRNA.

En los humanos, un buen ejemplo es el gen de la tropomiosina, una proteína estructural. El splicing alternativo produce cinco versiones distintas de esta molécula que se expresan en cinco tejidos diferentes del cuerpo: el músculo esquelético, el músculo liso, los fibroblastos, el hígado y el cerebro. Las células, en cada tipo de tejido, ensamblan de forma diferente los 11 exones que conforman el gen, produciendo las distintas formas de la proteína.

«Todas las secuencias codificadoras de nuestros genes son cortadas y diseminadas, y hay toda una maquinaria celular implicada en reunirlas, para que el código tenga sentido. Este proceso de empalmado le da a la célula la habilidad de encontrar nuevos arreglos o combinaciones de información» cuenta Ares. «Tú tienes toda esta información en el genoma, pero la célula puede interpretarla de distintas maneras. Nuestra tecnología de microarrays nos permite acceder a toda la información de la célula al mismo tiempo».

La técnica desarrollada

Ares y sus colaboradores obtuvieron la primera observación completa del splicing del RNA de un genoma aplicando la técnica de microarrays a la levadura. La técnica se basa en el reconocimiento de una única secuencia, creada cuando dos exones se ensamblan. El paso inicial de identificación de estas «juntas de empalme» implica comparar la secuencia génica con la secuencia ya expresada.

Los microarrays para el estudio de la levadura se elaboraron a partir de láminas de vidrio con pequeños trozos de DNA sintético puestos sobre una placa modelo. Para cada intrón contenido en los genes de estudio los microarrays incluyeron tres moléculas sintéticas de DNA que actuaban como sonda: para detectar el mRNA ensamblado; para los intrones (para detectar el RNA no ensamblado) y para los exones (para detectar el RNA ensamblado y el no ensamblado).

El RNA utilizado fue extraído de las células de levadura, marcado con marcadores fluorescentes y puesto en los microarrays, de forma que estas moléculas de RNA pudieran unirse al DNA específico. La intensidad de la fluorescencia en cada microarray sirve como indicador de la abundancia relativa de cada RNA. Así, los investigadores pudieron comparar los patrones de splicing de una levadura de una variedad normal y otra que había sufrido mutaciones.

Para hacer esto, Ares trabajó con investigadores especializados en bioinformática. Así se pudieron identificar los distintos splicings y, en cada caso, conseguir la secuencia codificadora que encajaba las uniones entre los dos exones. «Después creamos una molécula de DNA que reconocía esta secuencia y la marcamos para incorporarla al microarray», dijo Ares.

Los resultados mostraron que los efectos de las proteínas que procesan el RNA en los eventos de splicing o ensamblaje dependen de cada intrón involucrado, y que cada evento de unión tiene su propio carácter. «Cuando se altera la célula de alguna manera, es difícil predecir las consecuencias en cada intrón en particular», dijo Ares. «Esperamos usar nuestros datos para determinar cuáles son las reglas, y por qué algunos eventos de splicing en el RNA dependen más de la maquinaria de procesamiento que de otros factores».

Los investigadores están extendiendo su trabajo a genes humanos, empezando con genes que se han relacionado con el cáncer (particularmente supresores de tumores y oncogenes). Otros investigadores han determinado que el splicing  de algunos oncogenes cambia a medida que progresa el cáncer.

Éste podría ser un importante avance para la comprensión de las enfermedades genéticas. La gravedad de ciertas enfermedades como la fibrosis quística varía tremendamente dependiendo de la base genética del paciente. Según la investigación, la enfermedad en dos personas con el mismo defecto genético puede ser muy diferente a causa de diferencias en otros genes no implicados directamente con ésta. «Conocemos casos en los que el desarrollo de una enfermedad genética depende del comportamiento de la maquinaria de splicing, que cambia según la persona», dijo Ares. «Aunque todavía nos queda mucho que aprender acerca de este tipo de variación».

* Glosario de Biomedia

Más información en la red:
Universidad de California en Santa Cruz: http://www.ucsc.edu

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