ANN ARBOR, Michigan—Al igual que un director cinematográfico corta y edita tramos de película para producir un éxito de taquilla, el mecanismo celular de corte y empalme conocido como espliceosoma poda los tramos indeseados de material genético y une las piezas restantes para conformar una matriz para la producción de proteínas. Pero lo que está en juego es mucho más que los ingresos de taquilla: si el espliceosoma hace un corte descuidado, el resultado probable es una enfermedad.

Un equipo encabezado por el profesor de química y biofísica de la Universidad de Michigan, Nils Walter, en estrecha colaboración con un equipo dirigido por los internacionalmente reconocidos expertos en corte y empalme John Abesoln y Christien Guthrie, de la Universidad de California en San Francisco, usó un nuevo enfoque para estudiar el proceso de corte y empalme, o espliceosoma, en moléculas individuales.

El resultado de la investigación se publicará en Internet el 21 de marzo en la revista Nature Structural and Molecular Biology.

Desde su descubrimiento en 1977, que mereció un Premio Nobel, se ha estudiado el corte y empalme de genes en numerosos organismos, incluidos levadura y células humanas, usando enfoques tanto genéticos como bioquímicos. Si bien estos métodos pueden obtener imágenes instantáneas no pueden observar el proceso en marcha. El nuevo estudio utiliza una técnica llamada transferencia de energía por resonancia fluorescente (FRET, por su sigla en inglés) y un microscopio avanzado que observa moléculas individuales en acción, que permite que los investigadores observen, en tiempo real, las contorsiones que ocurren en el empalme y la operación del espliceosoma.

Para los estándares de escala molecular el espliceosoma es una maquinaria monstruosa compuesta de cinco ácido ribonucleicos y cien o más subunidades de proteína que se ensamblan ágilmente, paso a paso, para formar el complejo gigante cuando llega el momento de que haga su trabajo.

Y muy de acuerdo con la analogía del director cinematográfico el espliceosoma no sólo usa tijeras sino que es también “el cerebro que decide dónde cortar”, dijo Walter. La “cinta” sobre la que trabaja es el material genético contenido en las moléculas de ARN. El ARN es portador de las instrucciones codificadas para la producción de las proteínas que necesita nuestro cuerpo en la construcción y reparación de tejidos, la regulación de los procesos corporales y otras muchas funciones, pero intercalados entre las regiones codificantes (llamados exonas) hay secciones extrañas no codificantes llamadas intronas. La tarea del espliceosoma coniste en reconocer y quitar las intronas.

Una vez que se han quitado las intronas, el espliceosoma puede empalmar las exonas en combinaciones varias. Gracias a esta mezcla y empalme de exonas un número relativamente pequeño de genes (poco más de 20.000 en los humanos) pueden servir de borradores para una gran variedad de proteínas.

Walter y sus colegas espiaron el proceso de corte y empalme adosando señaleros fluorescentes a las exonas a cada lado de una introna en una sección corta de ARN que diseñaron específicamente para tales estudios. Cuando se enciende la luz láser sobre los señaleros la FRET puede detectar cuán cerca o cuán aparte están las exonas. Las observaciones repetidas en el tiempo resultan en una “película” de escala moleclar que revela cómo las partes de la molécula de ARN coletean antes y durante el corte y empalme.

Los investigadores estudiaron primero el ARN en ausencia del espliceosoma.

“La noción convencional ha sido que el espliceosoma dirige todo el proceso de corte y empalme y que el ARN por sí mismo tiene influencia en el proceso”, dijo Walter. “Pero vimos a la molécula de ARN flexionándose por sí misma, mientras que la introna de plegaba y desplegaba en una forma que atrae las exonas, lo cual sugiere un papel más activo para las intronas”.

Cando el equipo agregó un extracto que contenía componentes de espliceosoma junto con ATP –la energía que nutre el ensamblaje del espliceosoma—la distancia entre exonas primero aumentó, luego disminuyó aún más y ocurrió el corte y empalme. Un aspecto interesante fue que la serie de contorsiones del ARN durante el corte y empalme no fue un proceso en una sola dirección, los pasos son reversibles.

“Imagínese que un director de cine tiene dudas acerca de cuáles escenas cortará, y que continuamente avanza y retrocede poniendo diferentes tramos de cinta juntos antes de tomar definitivamente la decisión de corte y empalme de la citna. Eso fue lo que vimos que ocurre en el nivel molecular”, dijo Walter. “Hasta donde sabemos nuestro estudio proporciona el primer vistazo directo de tales cambios de conformación reversibles durante el proceso de corte y empalme”.

Ahora los investigadores planifican adosar señales fluorescentes a diferentes partes del sistema para ver cómo las partes diferentes se relacionan unas con otras en el espacio y en el tiempo duarnte el corte y empalme. La meta eventual es la construcción de un modelo integral que muestre cómo el ARN y el espliceosoma pueden interactuar con tal fidelidad durante todo el proceso de corte y empalme para evitar el inicio de una enfermedad.

Los coautores del estudio con Walter son los estudiantes graduados de la UM, Mario Blanco, Franklin Fuller y Pavithra Aravamudhan; el ex estudiante graduado Mark Ditzler; la ex estudiante de grado Mona Wood; y Abelson, Guthrie, Tomasso Villa, Daniel Ryan, Jeffrey Pleiss y Corina Maeder de la Universidad de California en San Francisco.

La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud, la Sociedad Estadounidense del Cáncer, el Instituto Agouron, y la Escuela de Grado Rackham de la UM.

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