Dos mutaciones y una deleción en el mismo gen: del codón al diagnóstico
Se estudia un gen humano cuya hebra codificante (no molde) comienza: 5'-ATG GCA TTG ACC TTT AGT GAA-3'. El ARNm maduro mide 1450 nucleótidos y la proteína resultante tiene 320 aminoácidos. En una consulta de genética se identifican dos pacientes: el paciente A presenta un cambio en el quinto codón (TTT → TAT); el paciente B presenta una inserción de una T en el cuarto codón (ACC → TACC). Ambos alelos se amplifican por PCR y se secuencian. El paciente A está asintomático; el B presenta una enfermedad grave de inicio temprano. En un tercer paciente (C), el estudio por Southern blot muestra un fragmento de restricción 3 kb más corto que el de sus padres, el ARNm maduro mide 180 nucleótidos menos y la proteína es normal salvo por la ausencia de 60 aminoácidos consecutivos.
1. Escribe el ARNm y el péptido del individuo sano y de los pacientes A y B, e indica el tipo de mutación y su consecuencia previsible.
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Hay que recordar que el ARNm se sintetiza por complementariedad con la hebra molde y que la hebra codificante coincide con el ARNm cambiando T por U.
Sano. ARNm: 5'-AUG GCA UUG ACC UUU AGU GAA-3'. Péptido: Met-Ala-Leu-Thr-Phe-Ser-Glu.
Paciente A. El cambio TTT → TAT afecta al quinto codón: UUU (Phe) pasa a UAU (Tyr). Es una mutación puntual por sustitución de base, de tipo missense: cambia un solo aminoácido. Al ser ambas moléculas aromáticas y de tamaño similar, la proteína suele tolerar el cambio, lo que encaja con que el paciente esté asintomático; no obstante, el efecto depende de si el residuo está en el centro activo o en una interfaz.
Paciente B. La inserción de una T da la secuencia codificante 5'-ATG GCA TTG TAC CTT TAG TGA A-3', cuyo ARNm es 5'-AUG GCA UUG UAC CUU UAG UGA-3'. Se lee: Met-Ala-Leu-Tyr-Leu y a continuación UAG, codón de parada. Es una mutación por inserción que provoca un cambio en el marco de lectura (frameshift): todos los codones posteriores se leen desplazados y aparece un codón de terminación prematuro. El resultado es una proteína truncada de 5 aminoácidos, incapaz de funcionar, y con frecuencia el ARNm es degradado por el mecanismo de vigilancia de codones sin sentido. Explica la gravedad y el inicio temprano en este paciente.
2. El ARNm maduro tiene 1450 nucleótidos y la proteína 320 aminoácidos. Calcula cuántos nucleótidos no se traducen y explica su origen y función.
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Cálculo: 320 aminoácidos exigen 320 codones, es decir, 320 × 3 = 960 nucleótidos, más los 3 del codón de parada que, aunque no codifica aminoácido, forma parte de la región codificante: 963 nucleótidos traducidos.
Nucleótidos no traducidos = 1450 − 963 = 487 nucleótidos, aproximadamente un 34 % del ARNm maduro.
Se reparten entre:
- Región 5' no traducida (5' UTR): contiene la caperuza de 7-metilguanosina y la secuencia de reconocimiento del ribosoma; en eucariotas el ribosoma se ensambla en el extremo 5' y avanza escaneando hasta el primer AUG. También alberga elementos de regulación de la traducción.
- Región 3' no traducida (3' UTR): contiene la señal de poliadenilación, sitios de unión de microARN y elementos que determinan la estabilidad y la localización del ARNm.
- Cola de poli(A): añadida tras la transcripción, contribuye a la estabilidad y a la exportación al citoplasma; su longitud es variable, por lo que parte de la diferencia puede deberse a ella.
Conviene distinguir el ARNm maduro del transcrito primario: el pre-ARNm es más largo porque incluye intrones, que se eliminan por corte y empalme.
3. Explica el caso del paciente C: ¿qué tipo de alteración tiene y por qué la proteína pierde 60 aminoácidos sin perder su función general?
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Los datos son coherentes entre sí: 60 aminoácidos corresponden a 60 × 3 = 180 nucleótidos, exactamente lo que ha disminuido el ARNm maduro. Por tanto, la deleción elimina un número entero de codones y mantiene el marco de lectura: no hay frameshift ni codón de parada prematuro, y el resto de la secuencia se traduce igual.
En el genoma, el fragmento de restricción es 3 kb más corto, mucho mayor que los 180 pb perdidos: la deleción genómica incluye el exón afectado y buena parte de los intrones vecinos, que no aparecen en el ARNm maduro.
El resultado es una proteína con una deleción interna de 60 aminoácidos (unos 6-7 kDa menos en un Western blot). Que sea funcionalmente casi normal indica que el segmento perdido no forma parte del centro activo ni de regiones críticas para el plegamiento: probablemente es un dominio accesorio o un segmento expuesto en la superficie. No obstante, conviene comprobar la función enzimática y descartar que la deleción afecte a sitios de regulación o de interacción con otras proteínas. Alternativamente, una mutación en un sitio de corte y empalme podría producir el mismo resultado por salto del exón, algo que se descarta secuenciando el ADN genómico.