Tipos de secuencias de ADN no codificante

Por el Dr. Liji Thomas, MDRevisado por la Dra. Jennifer Logan, MD, MPH

El proyecto genético de todas las formas de vida está en forma de ácido nucleico, siendo el más común el ácido desoxirribonucleico (ADN). Esta sustancia química lleva dentro de su estructura la capacidad de codificar todos los miles de proteínas y otros elementos estructurales y funcionales necesarios para construir el cuerpo del organismo, así como para operar cada proceso vital.

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Sin embargo, estas regiones codificantes o genes que son responsables de la producción real de proteínas constituyen sólo un 1,5% del ADN de un organismo. El resto está compuesto por ADN no codificante, a veces denominado ADN basura.

Sin embargo, ahora se sabe que el ADN basura tiene muchas otras funciones esenciales, como regular la expresión de los genes activando o desactivando las secuencias codificantes. Otras porciones controlan o modulan el nivel de los genes que están siendo decodificados. Por lo tanto, lejos de ser ADN basura, es mejor llamarlo ADN funcional, aunque muchas de sus funciones todavía se están descubriendo.

Hay varios tipos de ADN no codificante o basura. Algunos de ellos se describen a continuación.

Genes de ARN no codificante

Algunos de los ADN no codificantes se transcriben en, o forman, una especie químicamente relacionada llamada ARN, que es el verdadero mensajero del proyecto genético a la célula. Estas moléculas incluyen el ARN de transferencia, el ARN ribosómico y el ARN mensajero, y todas ellas participan en la producción de proteínas, o en la traducción del ADN al producto proteico final, dentro de la célula. En sí mismos no son proteínas y no dan lugar directamente a proteínas, a diferencia de las secuencias genéticas que codifican proteínas dentro del ADN. Sin embargo, las secuencias de ADN que codifican estas moléculas de ARN no son obviamente basura.

Otros ejemplos incluyen el ARN que interactúa con Piwi y el microARN. Se cree que los microARN son los reguladores de la actividad traslacional de casi un tercio de todos los genes que codifican proteínas entre los mamíferos. Se están investigando por sus posibles funciones cruciales en la progresión de ciertas enfermedades, como el cáncer y las enfermedades cardíacas, así como en la respuesta inmunitaria a los organismos infecciosos que entran en el cuerpo.

Otra clase de ARN especializado es el ARN largo no codificante que tiene múltiples funciones en la regulación de los genes, incluso durante la remodelación de la cromatina, la transcripción, la regulación postranscripcional y como fuente de ARNsi.

Elementos reguladores e intrones

El ADN no codificante también se encuentra en forma de elementos reguladores cis y trans que modulan la transcripción de los genes. Se encuentran dentro de los intrones o en las regiones no traducidas en los extremos 5′ o 3′ del gen. Cis y trans se refieren a su ubicación dentro y entre los cromosomas, respectivamente.

Un intrón es un tramo de ADN no codificante incorporado a la propia secuencia del gen. Los intrones son, por tanto, ADN no codificante por definición, y se transcriben en la molécula preliminar de ARN mensajero, pero luego se eliminan para dar lugar a la forma madura. Pueden desempeñar funciones reguladoras en el control de la actividad del ARNt y del ARNr, así como de los segmentos codificadores de proteínas, o codones. Sin embargo, la mayoría de los intrones no son funcionales.

Todos los genes tienen un sitio regulador llamado secuencia promotora, que es un segmento de ADN no codificante que está unido a proteínas que participan en el proceso de transcripción. Dichas secuencias promotoras no dan lugar a ninguna parte de la proteína final, sino que facilitan la transcripción de un gen concreto y suelen encontrarse aguas arriba de la región codificante.

Las secuencias potenciadoras también influyen en la probabilidad de que un gen se transcriba. Las proteínas que activan la transcripción se unen a estas secuencias cortas. Por otro lado, también pueden estar presentes secuencias inhibidoras (silenciadoras) que están abiertas a la unión de proteínas inhibidoras que reprimen o reducen las posibilidades de transcripción. Las secuencias silenciadoras se encuentran a poca distancia del gen que regulan, ya sea antes o después de éste.

Los superpotenciadores son agrupaciones de secuencias potenciadoras unidas por asociación física o funcional, y que están ligadas a la regulación de genes vitales para la identidad de la célula, como los factores de transcripción que determinan el tipo y el linaje de la misma.

Ambos tipos de elementos reguladores pueden estar presentes en algunos genes que requieren un alto grado de regulación.

Las secuencias insuladoras también unen proteínas reguladoras que actúan de varias maneras, como impidiendo la acción de los potenciadores y restringiendo así el número de genes en ese conjunto, o inhibiendo los cambios estructurales del ADN que podrían reprimir la actividad del gen en cuestión. Estos se denominan bloqueadores de potenciadores y aislantes de barrera, respectivamente.

Pseudogenes

Otro tipo de ADN no codificante es el pseudogén, que es una secuencia de ADN que se parece a un gen existente pero que no es funcional. Se cree que son el resultado de mutaciones en genes funcionales que impiden la formación de proteínas funcionales o inhiben su transcripción. También podrían surgir como resultado de la retrotransposición. La mayoría parecen ser no funcionales.

Algunas infecciones víricas también pueden dar lugar a ADN no codificante como resultado de la transcripción inversa. Este proceso describe lo que ocurre cuando un virus portador de ARN como el VIH infecta una célula. Copia su ARN en forma de ADN en el ADN del huésped para que pueda hacer que la célula huésped lleve a cabo las diversas operaciones necesarias para replicarse y proliferar. Estas secuencias de ADN derivadas del virus pueden sufrir mutaciones posteriores, que conducen a su inactivación, formando pseudogenes.

Transposones

Otro tipo especializado de ADN no codificante es el transposón, un elemento genético móvil que puede cambiar su ubicación en el genoma. Al cambiar su ubicación, puede corregir una mutación o inducirla. En cualquier caso, cambia el tamaño del genoma de la célula. Los elementos transponibles constituyen la mayor parte del ADN no codificante. Entre ellos se encuentran los LINEs, los SINEs, el ADN satélite y los VNTRs.

Los LINEs, o elementos intercalados largos, son regiones no codificantes moderadamente repetitivas, posiblemente derivadas de virus. Los SINEs, o elementos cortos intercalados, son regiones altamente repetitivas y no funcionales que pueden ser el resultado de la transcripción inversa del ARN.

ADN satélite y telómeros

Los telómeros son segmentos de nucleótidos repetidos que forman segmentos de ADN especializados que se encuentran en los extremos de todos los cromosomas. Son importantes para preservar la integridad estructural del cromosoma durante el proceso de replicación del ADN, impidiendo que los extremos se degraden.

El ADN satélite es un término utilizado para las regiones de ADN repetitivo en tándem agrupadas en una zona. Este tipo de ADN no codificante se encuentra en los centrómeros, las estructuras vitales que unen los miembros de un par de cromosomas durante la división celular. También está presente en forma de heterocromatina, una forma de ADN densamente empaquetada que regula la actividad de los genes y preserva la estructura de los cromosomas. Los VNTRs o Número Variable de Repeticiones en Tándem son elementos repetitivos pero más cortos que los vistos en el ADN satélite.

En definitiva, se requiere una gran cantidad de estudios para saber más sobre cómo y qué hacen los diferentes tipos de ADN no codificante.

Más lecturas

• Todo el contenido del ADN
• ¿Qué es el ADN?
• Propiedades del ADN
• Modificaciones químicas del ADN
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Escrito por

Dr. Liji Thomas

La Dra. Liji Thomas es ginecóloga-obstetra y se graduó en la Facultad de Medicina de la Universidad de Calicut, Kerala, en 2001. Liji ejerció como consultora a tiempo completo en obstetricia/ginecología en un hospital privado durante algunos años tras su graduación. Ha asesorado a cientos de pacientes con problemas relacionados con el embarazo y la infertilidad, y ha estado a cargo de más de 2.000 partos, esforzándose siempre por conseguir un parto normal en lugar de operatorio.

Citaciones