splicing Alternativo
Spliceosomes
Splicing fora íntrons
Outros eventos de splicing
tecnologia de DNA Recombinante
Aplicações do gene splicing
Recursos
os Genes são seqüências de DNA que codificam proteínas. Splicing de genes é uma forma de engenharia genética onde genes específicos ou sequências de genes são inseridos no genoma de um organismo diferente. Splicing de genes também pode referir-se especificamente a um passo durante o processamento do ácido desoxirribonucleico (DNA) para prepará-lo para ser traduzido em proteína.
splicing de genes também pode ser aplicado a técnicas de biologia molecular que são destinadas a integrar várias sequências de ADN ou gene no ADN das células. Os genes individuais codificam proteínas específicas e, com base no resultado do projeto do Genoma Humano, estima-se que existem aproximadamente 30.000 genes em cada célula do corpo humano. Como as funções celulares em diferentes tecidos têm diferentes propósitos, os genes passam por um complexo esforço concertado para manter o nível apropriado de expressão genética de uma maneira específica do tecido. Por exemplo, as células musculares requerem proteínas específicas para funcionar, e estas proteínas diferem notavelmente das proteínas nas células cerebrais. Embora a informação genética seja, na maioria das vezes, a mesma em ambos os tipos de células, os diferentes propósitos funcionais resultam em diferentes necessidades celulares e, portanto, diferentes proteínas são produzidas em diferentes tipos de tecidos.Os Genes
não são expressos sem os sinais apropriados. Muitos genes podem permanecer inativos. Com a estimulação adequada da expressão genética, a célula pode produzir várias proteínas. O DNA deve ser primeiramente processado em uma forma que outras moléculas na célula podem reconhecer e traduzi-lo na proteína apropriada. Antes que o ADN possa ser convertido em proteína, deve ser transcrito em ácido ribonucleico (RNA). Há três etapas na maturação do RNA; splicing, tapping, e poliadenilating. Cada um desses passos estão envolvidos na preparação do RNA recém-criado, chamado de transcrição de RNA, para que ele possa sair do núcleo sem ser degradado. Em termos de expressão do gene, o splicing do RNA é o passo onde a splicing do gene ocorre neste contexto em locais específicos ao longo do gene. As áreas do gene que são spliced para fora representam regiões não codificantes que são sequências interventivas também conhecidas como introns. O DNA que permanece no RNA processado é referido como as regiões de codificação e cada região de codificação do gene são conhecidas como exons. Portanto, introns são sequências intermediárias entre exons e splicing gene implica a excisão de introns e a junção de exons. Assim, a sequência final será mais curta do que o gene de codificação original ou sequência de ADN.
a fim de apreciar o papel que o splicing desempenha na forma como os genes são expressos, é importante entender como um gene muda em sua forma funcional. Inicialmente, o RNA é chamado de RNA precursor (ou pré-RNA). O RNA pré-RNAs é então modificado para outros RNAs chamados Rna de transferência (tRNA), RNA ribossomal (rRNA), ou RNA mensageiro (mRNA). os RNM codificam proteínas em um processo chamado tradução, enquanto os outros Rnm são importantes para ajudar o RNM a ser traduzido em proteínas. Splicing RNA cria moléculas funcionais RNA a partir das pré-RNAs.
Splicing geralmente procede de uma forma predeterminada para cada gene. Experimentos que interromperam a formação de transcrições em diferentes intervalos de tempo mostram que splicing seguirá um caminho principal começando com algum intrão e procedendo seletivamente para outro, não necessariamente adjacente, intron. Embora outras vias possam ser seguidas, cada transcrição tem sua própria sequência primária para a excisão de intron.
splicing alternativo
um único gene pode ser processado para criar numerosos produtos genéticos, ou proteínas, e este processo é referido como splicing alternativo. Neste caso, uma combinação diferente de exons permanece no RNA processado. O splicing de genes alternativos em vários locais de intron-exon dentro de um gene pode ser usado para criar várias proteínas a partir da mesma molécula de pré-ARN. As proteínas são compostas por vários domínios. Diferentes exons podem codificar para diferentes domínios. Splicing seletivo pode remover exons indesejados, bem como introns. As combinações de proteínas que podem ser produzidas a partir de splicing alternativo estão relacionadas em estrutura ou função, mas não são idênticas. Usando um único gene para criar várias proteínas, o DNA das células pode ser utilizado de forma mais eficiente.O splicing alternativo pode ser específico do tecido, de modo que diferentes proteínas são feitas a partir do mesmo gene original por dois ou mais tipos celulares diferentes. Ou um tipo de célula pode fazer múltiplas configurações usando o mesmo gene. Por exemplo, um tipo de célula imune chamada de célula B produz anticorpos a vários antigénios. Os antigénios são substâncias estranhas, que desencadeiam respostas imunitárias e os anticorpos ligam-se e antigénios para que possam ser decompostos e removidos. Embora um número infinito de anticorpos possa ser produzido, todos os anticorpos caem em um dos cinco subtipos básicos. Splicing alternativo é usado para criar estes cinco tipos de anticorpos do mesmo gene.Os anticorpos são constituídos por múltiplas moléculas de Imuno-bulina (Ig). Estas moléculas, por sua vez, têm vários domínios. Um domínio particular chamado de região constante da cadeia pesada distingue os cinco subtipos de anticorpos, chamados IgM, IgD, IgG, IgE e IgA. Os diferentes tipos de anticorpos servem várias funções no corpo e agem em diferentes tecidos do corpo. Por exemplo, IgAs são segregados na mucosa gastrointestinal, e IgGs passam através da placenta. O gene que codifica essas regiões de cadeia pesada contém exons que dirigem a produção de subtipos individuais, e o gene é alternadamente spliced para produzir uma transcrição final de mRNA, que pode fazer qualquer um deles.
a maioria dos genes produzem apenas uma transcrição; no entanto, os genes que produzem múltiplas transcrições têm numerosos papéis celulares e de desenvolvimento. Splicing alternativo controla a determinação sexual em moscas Drosophila melanogaster. E uma série de proteínas são diferentes do mesmo gene em várias células. Diferentes células musculares usam um splicing alternativo para criar proteínas miosina específicas das células. E as células embrionárias em diferentes fases de desenvolvimento produzem múltiplas formas da proteína, ácido retinóico. Algumas transcrições diferem das transcrições relacionadas na extremidade 5′ e outras podem variar na extremidade 3′.
Spliceossomas
as moléculas ou complexos moleculares que na verdade unem RNA no núcleo celular são chamados spliceossomas. Os espliceossomas são feitos de pequenas sequências de RNAs ligadas por pequenas proteínas adicionais. Este complexo spliceosome reconhece sequências de nucleótidos particulares na fronteira intron-exon. O DNA e o RNA são geralmente lidos na direção 5′ a 3′. Esta designação é feita com base nas ligações fosfodiester, que constituem a espinha dorsal das cadeias de ADN e ARN. Os intrões são primeiro cortados na sua extremidade de 5′ e depois na sua extremidade de 3′. Os dois exons adjacentes são então ligados entre si sem o intron. O spliceossoma é um complexo enzimático que executa cada um destes passos ao longo do pré-RNA para remover os intrões.
as pequenas RNAs que compõem o spliceosome não são RNAs, rRNAs, ou tRNAs; elas são pequenas RNAs nucleares (snRNA). as snRNAs estão presentes em concentrações muito baixas no núcleo. As snRNAs combinam-se com proteínas para compreender pequenas partículas de ribo-nuclearteina nuclear. Vários snRNPs se agregam para formar um spliceosome. Esta estrutura secundária reconhece várias regiões-chave na fronteira intron-exon e na fronteira intron-exon. Em essência, os snRNPs desempenham um papel catalisador. A ausência de componentes individuais da snRNP pode inibir a articulação. snRNPs são apenas um dos muitos complexos que podem regular a expressão genética.
além de snRNPs, alguns intrões têm capacidades auto (self) de splicing. Estes intrões são chamados de intrões do grupo II. Os introns do grupo II são encontrados em alguns genes mitocondriais, que vêm de um genoma que é separado do núcleo e está localizado em pequenos compartimentos dentro da célula chamada mitocôndria. Mitocrondria funciona para fornecer energia para as necessidades de energia das células. Embora todo o DNA cromossômico esteja localizado no núcleo, alguns genes estão localizados nas células mitocôndrias. Os intrões do grupo II formam estruturas secundárias utilizando a sua região interna de modo semelhante aos intrões nucleares. No entanto, estes introns mitocondriais diretamente exon-exon rejuvenescem por si mesmos sem snRNPs.
Splicing out introns
Various splicing signal sequences are universal and are found within every intron site spliced, while some signal sequences are unique to individual genes. O DNA é composto por bases chamadas nucleótidos, que representam o alfabeto de DNA. Existem quatro bases, adenina (a), guanina (G), timina (T), e citosina (C). A maioria dos introns em formas de vida superiores começam com a sequência nucleotídica G-T e terminam com a sequência A-G. as sequências definem as fronteiras “esquerda” (5′) e “direita” (3′) do intrão e são descritas como conformes com a regra GT-AG. Mutações em qualquer uma destas quatro posições produzem intrões que não podem ser removidos por mecanismos de articulação normais. Dentro do intron está outra sequência altamente conservada que tem alguma variabilidade nos genes de uma espécie; esta região (chamada de local do ramo) é a área que se conecta ao fim de 5′ do intrão como ele é cortado e, em seguida, curva em torno de formar uma forma de lariat. Este lariat é um loop no intron que é formado como ele é removido do RNA amadurecendo.
outros eventos de splicing
Splicing também pode envolver moléculas diferentes do ARNm. tRNAs, que desempenham um papel crucial de alinhar aminoácidos ao longo de uma proteína que está sendo sintetizada, pode passar por splicing. tRNAs são codificadas pelo DNA apenas
TERMOS-CHAVE
Anticorpo —molécula criada pelo sistema imunológico em resposta à presença de um antígeno (uma substância estranha ou partículas). Marca microrganismos estranhos no corpo para destruição por outras células imunitárias.
antigénio-uma molécula, geralmente uma proteína, que o corpo identifica como estranha e para a qual dirige uma resposta imunitária.
Capping-a modification to the 5′ end of a mature mRNA transcript.
citoplasma —todo o protoplasma em uma célula viva que está localizada fora do núcleo, como distinguido do nucleoplasma, que é o protoplasma no núcleo.
ácido desoxirribonucleico (ADN) —o material genético numa célula.
Exons-as regiões de ADN que codifica uma proteína ou forma tRNA ou mRNA.
Gene-uma unidade discreta de herança, representada por uma porção de DNA localizado em um cromossomo. O gene é um código para a produção de um tipo específico de proteína ou molécula de RNA, e portanto para uma característica hereditária específica.
genoma-o conjunto completo de genes que um organismo carrega.
sequências Introns —não codificantes num gene que são spliced para fora durante o processamento de ARN.Mitocôndria-organela intracelular que é separada do núcleo, tem seu próprio genoma e é importante para a produção de energia para vários tecidos.
Polyadenylation-A modification to the 3′ end of a mature mRNA transcript.
ADN recombinante que é cortado utilizando enzimas específicas para que um gene ou sequência de ADN possa ser inserido.
Splicesome-a maquinaria intracelular que processa o ARN removendo os intrões da sequência.
como todas as outras moléculas de ARN. No entanto, tRNAs têm uma estrutura e função únicas distintas de outras moléculas de RNA, na medida em que são responsáveis por combinar os blocos de construção de proteínas (aminoácidos) da sequência nucleotídica codificada para construir uma proteína, ou polipeptídeo. Uma vez que estas RNAs especializadas têm conformações únicas, as enzimas que se unem a exões após a remoção de intron diferem daquelas que se unem a introns em outras moléculas de RNA. Enquanto os intrões são removidos, e os exons são unidos, as moléculas enzimáticas não são as mesmas que as utilizadas para o processamento de mRNA. A remoção de Intron no processamento de tRNA é menos dependente de sequências internas de intron em comparação com outros introns de RNA.
tecnologia de DNA Recombinante
Avanços na compreensão dos mecanismos que descrevem como gene splicing ocorre levou para a capacidade dos cientistas para cortar e recozida sequências nucleotídicas, também chamada de tecnologia do DNA recombinante. Uma vez que splice significa literalmente a junção de extremidades separadas, splicing de genes refere-se à junção de quase todas as sequências de nucleótidos para criar um novo produto genético ou para introduzir uma nova sequência de genes. Assim, qualquer sequência genética pode ser dividida em outra sequência.
certas enzimas chamadas enzimas de restrição são usadas em laboratórios para unir, conectar (ou ligar), e remover ou adicionar nucleótidos a sequências. As enzimas de restrição são utilizadas na tecnologia de ADN recombinante para remover e inserir sequências genéticas de e para outras sequências. Esta tecnologia permitiu a algumas empresas de biotecnologia e farmacêutica fabricar grandes quantidades de proteínas essenciais para fins médicos e de investigação. Por exemplo, uma proteína de insulina humana pode ser produzida em grande quantidade inserindo o gene da insulina no genoma das bactérias, por exemplo, a fim de produzir grandes quantidades da proteína. Como uma fotocópia, essas sequências podem produzir muita insulina para diabéticos que não são capazes de fazer insulina suficiente por conta própria. Estes doentes podem então auto-injectar a insulina purificada para tratar a sua doença.Foram produzidas vacinas para aplicações de splicing de genes
usando tecnologia de splicing de genes. O ADN de um vírus pode ser misturado no genoma de uma estirpe inofensiva de estirpe bacteriana. Quando a bactéria produziu a proteína viral, esta proteína pode ser colhida. Uma vez que as bactérias crescem rápida e facilmente, uma grande quantidade desta proteína pode ser extraída, purificada e utilizada como vacina. É introduzido em um indivíduo por injeção, o que provocará uma resposta imunitária. Quando uma pessoa está infectada com um vírus por exposição natural, uma resposta imunitária rápida pode ser iniciada devido à inoculação inicial. Outra aplicação da tecnologia de apuração genética está relacionada com o gene envolvido na produção de vitamina B. Este gene foi removido de um genoma de cenouras e inserido no genoma do arroz. A estirpe de arroz recombinante geneticamente modificada, portanto, é modificada para produzir vitamina B. Isto pode ter muitos benefícios relacionados à saúde, particularmente em países do terceiro mundo que dependem do arroz como uma grande fonte de alimentos e não têm acesso a fontes de alimentos ricos em vitaminas.
tecnologia de fusão de genes, portanto, permite aos pesquisadores inserir novos genes no material genético existente de um genoma de organismos para que traços inteiros, da resistência à doença às vitaminas, e pode ser copiado de um organismo e Transferido outro.
Resources
BOOKS
Hall, Stephen and James Watson. Fronteiras invisíveis: a raça para sintetizar um Gene humano. Oxford: Oxford University Press, 2002.Keller, Evelyn Fox. O século do Gene. Boston: Harvard University Press, 2002.Lambrecht, Bill. Jantar no novo Gene Cafe: como a engenharia genética está mudando o que comemos, como vivemos, e a Política Global de alimentos. New York: St.Martin’s Press, 2002.
Louise Dickerson