CIENCIA GENÓMICA, PROTEÓMICA Y BIOINFORMÁTICA EL GENOMA, EL TRANSCRIPTOMA Y EL PROTEOMA HUMANO.

CIENCIA GENÓMICA, PROTEÓMICA Y BIOINFORMÁTICA

EL GENOMA, EL TRANSCRIPTOMA Y EL PROTEOMA HUMANO.

F. G. BOLÍVAR ZAPATA

GENES INTERRUMPIDOS EN EUCARIONTES; SÍNTESIS Y PROCESAMIENTO DE RNA.

El avance de las metodologías de la ingeniería genética, a principios de la década de los años ochenta en el siglo pasado, cataliza un esfuerzo muy importante encaminado al aislamiento y la caracterización de genes de organismos superiores incluyendo el humano, con el objetivo general de entender en detalle la organización y la expresión de los genes. Así, utilizando diferentes estrategias y metodologías, se aísla un primer conjunto de DNA complementarios a partir de copiar moléculas de RNA mensajeros específicos (figura II.8), los cuales fueron, a su vez, utilizados para aislar los genes correspondientes a partir directamente del DNA cromosomal.

Sorpresivamente, muchos de los genes cromosomales de organismos superiores resultaron tener un mayor número de nucleótidos, es decir un mayor tamaño, que los DNA complementarios correspondientes utilizados para aislarlos. Tras un análisis cuidadoso de estos resultados, que incluyó la determinación de la secuencia del material genético, fue posible concluir que a diferencia de las bacterias, la mayor parte de los genes que codifican para proteínas en los organismos superiores están constituidos por dos tipos de regiones de DNA. El primer tipo son regiones que codifican para una proteína, llamadas “exones”, y el segundo tipo son regiones de DNA que no codifican para esa proteína, a las cuales se les denominó “intrones”. El DNA complementario, obtenido a partir de RNA mensajeros (figura II.8), sólo lleva o está constituido por las regiones de DNA que son los exones, y por eso siempre es de menor tamaño que el gene a nivel del DNA cromosomal, el cual lleva también los intrones.

Hoy sabemos que las células de organismos superiores, han desarrollado mecanismos muy sofisticados para procesar el RNA que se produce durante la transcripción de un gene en el núcleo de la célula. La trans-cripción del DNA en RNA, tal y como fuera explicada en el primer capítulo, genera una molécula de RNA que es copia fiel del DNA transcrito (figura I.10). En el caso de las bacterias, las moléculas de RNA mensajero son directamente traducida en proteínas. Sin embargo, en el caso de los organismos eucariontes, la mayor parte de los transcritos de RNA mensajero son procesados, para ser transformados en los RNA mensajeros maduros que se traducen en proteína a nivel de los ribosomas.

En la figura III.1, se muestra la estructura del gene, a nivel del genoma, que codifica para la proteína b-globina, que es parte de la hemoglobina de la sangre en los seres humanos. Como puede verse en esta figura, este gene a nivel del cromosoma, está constituido por alrededor de

1600 pares de nucleótidos, de los cuales sólo 600 corresponden a tres secuencias de exones y los otros 1 000 pares de nucleótidos integran dos secuencias de intrones. Al sintetizarse RNA a partir de este gene, se genera una primera molécula de “RNA premensajero” de aproximadamente

1600 pares de nucleótidos. Este RNA es posteriormente “procesado” en el interior del núcleo de la célula. Este procesamiento consiste en remover fragmentos específicos de RNA, que en este caso del gene que codifica para la b-globina, corresponden a dos intrones, para generar así un RNA mensajero que sólo lleva la secuencia correspondiente a los tres exones.

Al final de esta secuencia que codifica para los tres exones se localiza otra, a la que se le denomina “cola de poli A”, que está presente en casi todos los RNA mensajeros de los organismos eucariontes. Este RNA mensajero de aproximadamente 600 pares de nucleótidos, es traducido a nivel de los ribosomas en la proteína b-globina humana que es una cadena polipeptídica de aproximadamente 150 residuos de aminoácidos (1) (figura I.15).

Es importante señalar que en términos generales, el procesamiento del RNA premensajero, puede ser realizado de manera alternativa para el caso de varios genes, en cuanto a los fragmentos del RNA premensajero que son removidos. De hecho, se ha reportado que al menos 38% de los genes humanos que codifican para proteínas pudieran tener un procesamiento diferente y alternativo de su RNA premensajero, lo que implica que a partir de un RNA de este tipo se pudieran generar al menos dos RNA mensajeros diferentes (del mismo RNA premensajero) y de esta manera generar, a su vez, al menos dos proteínas diferentes a partir de un gene, tal y como se verá más adelante (2, 3, 4, 5).

Figura III.1

ORGANIZACIÓN DEL GENE DE LA PROTEÍNA b-GLOBINA

El gene que codifica para la proteína b-globina está formado por tres exones y por dosintrones, cuyos tamaños se señalan a nivel del DNA. Como resultado del proceso de transcripción de este gene, se produce una primera molécula de RNA que es copia fiel de todo el gene, incluyendo los exones y los intrones. Las regiones de RNA codificadas por los intrones en este RNA precursor, son removidas a nivel del núcleo por enzimas específicas, generándose así la molécula de RNA mensajero madura, a la cual se le une una “cola de Poli A” formada por varios residuos de adenina. Esta molécula de RNA mensajero es transportada al citoplasma y ahí traducida en b globina a nivel de los ribosomas.

EL GENOMA, EL TRANSCRIPTOMA Y EL PROTEOMA DEL ORGANISMO VIVO

Con toda esta información y gracias al mejoramiento y sofisticación continuos de las técnicas del DNA recombinante, en particular la aparición de técnicas poderosas de amplificación de DNA (PCR) y de secuenciación automática de DNA, hoy es posible analizar, inclusive sin clonar, genes de cualquier organismo, incluyendo los del hombre. A través de ello, inició la etapa o la era del genoma, en la cual el esfuerzo ya no se concentra solamente en genes aislados, sino en el análisis del conjunto de todos los genes presentes en un organismo. En el caso de las bacterias, organismos unicelulares, su genoma lo conforman los 3 000 a 5 000 genes que se localizan en sus cromosomas, dependiendo de la especie (figura III.2). En el caso de los humanos, tenemos entre 20 000 y 25 000 genes que codifican para proteínas localizados en las 46 cintas de DNA, los 46 cromosomas que conforman nuestro genoma, que por cierto es diploide (23 pares de cromosomas), lo cual quiere decir que tenemos la información genética por duplicado, una parte proveniente de nuestro padre y la otra de nuestra madre (6, 7) (figura I.3).

Figura III.2

EL GENOMA DE LA BACTERIA ESCHERICHIA COLI

La figura muestra un diagrama de la bacteria E. coli, en la cual

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