La función de los intrones en el genoma eucariota

En los organismos eucariotas los genes que codifican proteínas están divididos en exones (trozos de ADN codificantes) e intrones (trozos de ADN no codificantes). La evolución ha preservado los intrones, pero su función biológica no está clara; como se degradan tras su transcripción, se cree que antes de ella regulan la expresión génica. Se publican en Nature dos artículos que apuntan a que los intrones empalmosómicos (en inglés, spliceosomal), en condiciones de inanición, no se degradan tras su transcripción y regulan el crecimiento celular. Su función en la levadura de la cerveza es promover la resistencia a la inanición.

El genoma de la levadura de la cerveza (Saccharomyces cerevisiae) solo tiene 295 intrones en 280 genes (hay 9 genes con más de un intrón). Para estudiar su función se han creado 295 cepas en las que se eliminado uno a uno todos estos intrones y 9 cepas en las que se han eliminado dos intrones en el mismo gen. Todas excepto 5 son viables en condiciones normales; más aún, solo en 5 de las restantes se ha penalizado el crecimiento celular en más de un 15%. Bajo condiciones de inanición en competencia con la cepa original han desaparecido el 64%.

El estudio detallado de la función de los intrones indica que reprimen la expresión de ciertos genes de proteínas ribosómicas implicadas en las rutas metabólicas de la proteína quinasa controladora del crecimiento celular TORC1 y la regulada por el adenosín monofosfato cíclico PKA, claves en la detección de nutrientes. Futuros estudios tendrán que confirmar este resultado y desvelar la función de otros intrones en la levadura de la cerveza. Los artículos son Julie Parenteau, Laurine Maignon, …, Sherif Abou Elela, «Introns are mediators of cell response to starvation,» Nature (16 Jan 2019), dio: 10.1038/s41586-018-0859-7, y Jeffrey T. Morgan, Gerald R. Fink, David P. Bartel, «Excised linear introns regulate growth in yeast,» Nature (16 Jan 2019), doi: 10.1038/s41586-018-0828-1.

Los intrones fueron descubiertos en 1977 por Phillip Allen Sharp y Richard J. Roberts, de forma independiente, quienes compartieron por ello el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1993. El término intrón nace por  apócope y aféresis de intervening sequence region. En los eucariotas superiores, muchos genes se hallan interrumpidos por intrones que separan los exones que codifican las proteínas correspondientes. En los organismos procariotas, los genes son continuos, sin intrones, salvo contadas excepciones. En cada extremo de un intrón hay sitios de corte y empalme (splicing), donde se escinde el intrón y se empalman los exones. Los intrones son eliminados por un complejo ribonucleoproteico llamado empalmosoma (spliceosome) [término mejor que«espliceosoma»].

Esta figura resume la metodología experimental seguida en el estudio de Parenteau y sus colegas. La figura que abre esta entrada muestra la acumulación de los intrones de los genes ECM33 y SAC6 en condiciones de inanición (saturated culture) en del estudio de Morgan y sus colegas. Usando técnicas de edición génica CRISPR-Cas9 se ha confirmado la hipótesis de que estos intrones reprimen las rutas metabólicas de TORC1 y PKA. Recomiendo consultar los artículos a quienes estén interesados en los detalles de todo el proceso de comprobación de esta hipótesis.

Solo me gustaría destacar dos puntos claves en la verificación de la hipótesis. Por un lado, asegurar la importancia del plegamiento del ARN transcrito (en la figura para el intrón en el gen MMS2). Y por otro lado que introduciendo mediante plásmidos dichos intrones como genes (con codones de parada) se logra recuperar su función en los mutantes en los que han sido eliminados dichos intrones.

Sin lugar a dudas, en los próximos años se desvelarán las funciones de todos los intrones. Si la evolución los ha preservado tienen que tener una función. Pero desvelarla no será fácil pues parece asociada al metabolismo celular bajo condiciones extremas. Solo con grandes dosis de imaginación será posible resolver el problema.



3 Comentarios

  1. Y no pudiera ser que los genes originales ya contenían intrones? Y que la probabilidad de perder un intron sin perder parte de los exones es muy baja pero que finalmente en el linaje padre de todas las eubacterias si pudieron eliminarlos debido a sus altas tasas de reproducción?

    1. Es decir que no es que tengan función actualmente, si no que ya venían de origen en el ancestro común de los seres vivos actuales, y que resulta muy difícil eliminarlos, y ya subsecuentemente tomaron algunos de ellos una función como es el caso del estudio que reseñas.

      1. En eucariotas los intrones realmente cumplen una función, por ejemplo en la producción de múltiples proteínas por un mismo gen mediante maduración alternativa del ARN. Parece que los intrones efectivamente estaban en los genes originales, y en bacterias han sido eliminados (delección de intrones). La causa parece estar relacionada con la unicelularidad, ya que por ejemplo tenemos el gen de la enzima triosafosfato isomerasa en dos hongos emparentados: en Saccharomyces, que es unicelular, solo tiene un intrón, mientras que en Aspergillus, que es pluricelular, tiene cinco

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 22 enero, 2019
Categoría(s): ✓ Biología • Bioquímica • Ciencia • Nature • Noticias • Science
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