Inteínas - Macromoléculas

Materia: Bioquímica de macromoléculas
Profesor: Mario Ermácora
Alumna: Diana Lauff
Monografía: Inteínas
INTEINAS
En la época moderna, el desarrollo de la genética tuvo como
premisa la existencia de
elementos invisibles portadores de información denominados genes, que son distribuidos a cada
una de la células hijas, cuando la célula madre se divide. Hacia fines del siglo XIX, los biólogos
habían ya reconocido que los transportadores de la información hereditaria eran los cromosomas,
pero la evidencia de que es el ácido desoxirribonucleico (DNA) la sustancia de la que están
formados, se obtuvo recién al principio de la década de 1950. Actualmente se sabe que para que la
información contenida en el DNA se traduzca a una proteína, la secuencia de nucleótidos debe
sufrir una serie de reordenamientos y modificaciones tales como: duplicación, maduración de RNA
(splicing) y traducción. Un descubrimiento reciente da cuenta que no sólo en la secuencia de
nucleótidos acontecen las modificaciones que llevan a obtener una proteína madura, sino que estas
modificaciones denominadas splicing, pueden también ocurrir en la secuencia de aminoácidos
[2,5].
El splicing proteico es un proceso autocatalítico que consiste básicamente en la remoción de
una porción interna de un precursor proteico, seguido de la unión de las regiones que se encuentran
a ambos lados de la porción extraída, quedando así constituida la proteína madura. Este proceso es
similar a la maduración de RNAm en el núcleo y debido a ello se denomina también splicing. El
fragmento de aminoácidos separado de la proteína es llamado inteína, y a las porciones restantes
se las denomina exteínas. Un experimento sencillo para comprobar que realmente ocurre el
splicing, consiste en verificar para una proteína dada, que el cDNA correspondiente codifica para
una cantidad de aminoácidos mayor a la cantidad de aminoácidos de la proteínas madura,
confirmando que en algún momento hubo pérdida de un segmento de la proteína.
Las inteínas se encuentran distribuidas en los tres dominios de vida: Archaea, Bacteria y
Eucarya. Actualmente se conocen más de 30 tipos de proteínas inteínicas entre las que se
encuentran enzimas metabólicas, DNA y RNA polimerasas, proteasas, ribonucleótido reductasas,
y ATPasa tipo vacuolar [6].
Hay evidencias precisas de que la remoción de las inteínas se produce posttraduccionalmente y
no en el RNAm, como ocurre normalmente. Mientras cambios que alteran la secuencia de
aminoácidos resultan frecuentemente en la pérdida de splicing, mutaciones que cambian codones
no afectan la secuencia aminoacídica. La integridad estructural de la inteína es necesaria para su
propia remoción, ya que deleciones sustanciales dentro de la inteína decrecen o suprimen el
splicing, aun si es mantenido el correcto marco de lectura. Mutaciones que cambian el marco de
lectura de la inteína, anulan el splicing, pero una restauración del mismo por una segunda
mutación restablece la actividad [7]
Las proteínas que contienen una inteína poseen un número de secuencias conservadas
denominadas motivos o blocks. Los motivos pueden ser agrupados en tres dominios de acuerdo a
su localización y función. El dominio N-terminal constituido por 100-150 aminoácidos, el dominio
C-terminal formado por 25-40 aminoácidos y en una gran cantidad de proteínas se encuentra
también un dominio central o EN formado usualmente por un dodecapéptido (DOD o
LAGLIDADG) [7] Las inteínas que contienen este último dominio poseen características de
endonucleasas homing [3].
El proceso de splicing está altamente relacionado con la presencia de ciertos aminoácidos en
los lugares de empalme entre inteínas y exteínas. El último residuo de la inteína debe ser
asparagina y un residuo que contenga un grupo hidróxido o tiol debe estar a cada uno de los lados
de empalme, quedando de esta manera uno de estos aminoácidos, generalmente serina, treonina o
isteína como primer residuo de la inteína y como primer residuo del fragmento de la exteína
inmediatamente posterior a la inteína. La histidina se conserva como penúltimo residuo de la
inteína, pero no es necesario para el splicing [4,7]
Actualmente muchos grupos de investigación están abocados a dilucidar las funciones de las
inteínas y a que se debe su mantenimiento a través de la evolución. La única función hasta ahora
descubierta es la de actuar como endonucleasa homing,[3] que le permite obtener un mecanismo
de defensa y autoperpetuación explicando así su conservación en el tiempo. Si por algún motivo el
gen que codifica para una proteína que contiene una inteína sufre un daño en la porción de la
misma, la inteína actúa como cualquier endonucleasa e inmediatamente corta ese DNA lesionado,
impidiendo así que se trascriba.
Las inteínas hoy en día constituyen un gran potencial que podría ser utilizado en un futuro
cercano en el tratamiento de enfermedades como en el caso de la terapia génica mitocondrial. Las
mutaciones en el DNAmt son la razón fundamental de diversas enfermedades relacionadas con la
edad en seres humanos. Una posible estrategia para el tratamiento de estas enfermedades es la
importación de proteínas codificadas por el DNAmt desde el citosol hacia la mitocondria, pero para
ello existe una dificultad que se debe a la extrema hidrofobicidad de estas proteínas,
imposibilitando su desplegamiento y posterior traslado. La idea es insertar una inteína en los
dominios hidrofóbicos de la proteína, evitando así su pegamiento en el citosol. Una vez que la
proteína ingresó a la mitocondria, la inteína se escinde como es su característica, permitiendo a la
proteína que tome la correcta conformación en el lugar específico de acción [1]
En el futuro es de esperar que las inteínas tengan aplicación en beneficio de distintas áreas tales
como medicina, biología, agricultura, ganadería y biotecnología. El descubrimiento de las inteínas
es reciente y hay por ello mucho terreno fértil para el avance de las investigaciones y la bienvenida
nuevos descubrimientos que puedan aportar significativas mejoras en todos los ámbitos de la
investigación.
1. Mitochondrial gene therapy: an arena for the biomedical use of inteins
Aubrey D.N.J. de Grey
Trends in Biotechnology, 2000, 18:9:394-399
2. Protein-splicing intein: Genetic mobility, origin, and evolution.
Liu XQ
Annu Rev Genet 2000 34: 61-76
3. DNA binding and cleavage by the nuclear intron-encoded homing endonuclease I-PpoI.
Flick KE, Jurica MS, Monnat RJ, Stoddard BL
Nature 1998 Jul 2 394:6688 96-101
4. Protein splicing in trans by purified N- and C-terminal fragments of the
Mycobacterium tuberculosis RecA intein.
Mills KV, Lew BM, Jiang S, Paulus H
Proc Natl Acad Sci U S A 1998 Mar 31 95:7 3543-8
5. Conserved sequence features of inteins (protein introns) and their use in identifying
new inteins and related proteins.
Pietrokovski S
Protein Sci 1994 Dec 3:12 2340-50
6. Protein splicing--the lengths some proteins will go to.
Davis EO, Jenner PJ
Antonie Van Leeuwenhoek 1995 67:2 131-7
7. A proposed mechanism for the self-splicing of proteins.
Clarke ND
Proc Natl Acad Sci U S A 1994 Nov 8 91:23 11084-8