Intrón catalítico del grupo I
Ribozimas grandes que se auto-empalman
Intrón catalítico del grupo I
Estructura secundaria prevista y conservación de la secuencia del intrón catalítico del grupo I
Identificadores
SímboloIntrón_gpI
RFAMRF00028
Otros datos
Tipo de ARNIntrón
Dominio(s)Eucariota ; bacterias ; Virus
IRIR:0000372
ENTONCESSO:0000587
Estructuras del PDBPDBe

Los intrones del grupo I son grandes ribozimas autoempalmables . Catalizan su propia escisión de los precursores de ARNm , ARNt y ARNr en una amplia gama de organismos. [1] [2] [3] La estructura secundaria central consta de nueve regiones pareadas (P1-P9). [4] Estas se pliegan esencialmente en dos dominios : el dominio P4-P6 (formado a partir del apilamiento de hélices P5, P4, P6 y P6a) y el dominio P3-P9 (formado a partir de las hélices P8, P3, P7 y P9). [2] El marcado de la estructura secundaria para esta familia representa solo este núcleo conservado. Los intrones del grupo I a menudo tienen marcos de lectura abiertos largos insertados en regiones de bucle .

Catálisis

El empalme de los intrones del grupo I se procesa mediante dos reacciones de transesterificación secuenciales . [3] Primero, una guanosina exógena o un nucleótido de guanosina ( exoG ) se acopla al sitio de unión de G activo ubicado en P7, y luego su 3'-OH se alinea para atacar el enlace fosfodiéster en el sitio de empalme "aguas arriba" (más cerca del extremo 5') ubicado en P1, lo que da como resultado un grupo 3'-OH libre en el exón aguas arriba y el exoG se une al extremo 5' del intrón. Luego, la G terminal (omega G) del intrón intercambia la exoG y ocupa el sitio de unión de G, preparando la segunda reacción de transferencia de éster: el grupo 3'-OH del exón aguas arriba en P1 se alinea para atacar el sitio de empalme aguas abajo en P10, lo que lleva a la ligadura de los exones aguas arriba y aguas abajo adyacentes y la liberación del intrón catalítico.

Se propuso que el mecanismo de dos iones metálicos observado en las polimerasas y fosfatasas de proteínas fuera utilizado por los intrones del grupo I y del grupo II para procesar las reacciones de transferencia de fosforilo, [5] lo que se demostró de manera inequívoca mediante una estructura de alta resolución del intrón del grupo I de Azoarcus en 2006. [6]

Representación tridimensional del intrón catalítico del grupo I. Esta vista muestra el sitio activo en la estructura cristalina de la ribozima de Tetrahymena . [7]
Representación tridimensional del intrón catalítico del grupo I. Esta es la estructura cristalina de un complejo de ribozima-producto del grupo I de Twort en un fago. [8]
Representación tridimensional del intrón catalítico del grupo I. Esta es la estructura de la ribozima de Tetrahymena con un triple sándwich de bases y un ion metálico en el sitio activo. [9]

Plegado de intrones

Desde principios de la década de 1990, los científicos comenzaron a estudiar cómo el intrón del grupo I logra su estructura nativa in vitro , y hasta ahora se han apreciado algunos mecanismos de plegamiento del ARN. [10] Se acepta que la estructura terciaria se pliega después de la formación de la estructura secundaria. Durante el plegamiento, las moléculas de ARN se pueblan rápidamente en diferentes intermediarios de plegamiento, los intermediarios que contienen interacciones nativas se pliegan aún más en la estructura nativa a través de una vía de plegamiento rápido, mientras que los que contienen interacciones no nativas quedan atrapados en conformaciones no nativas metaestables o estables, y el proceso de conversión a la estructura nativa ocurre muy lentamente. Es evidente que los intrones del grupo I que difieren en el conjunto de elementos periféricos muestran diferentes potenciales para ingresar a la vía de plegamiento rápido. Mientras tanto, el ensamblaje cooperativo de la estructura terciaria es importante para el plegamiento de la estructura nativa. Sin embargo, el plegamiento de los intrones del grupo I in vitro enfrenta desafíos tanto termodinámicos como cinéticos . Se ha demostrado que algunas proteínas de unión al ARN y chaperonas promueven el plegamiento de los intrones del grupo I in vitro y en bacterias al estabilizar los intermedios nativos y desestabilizar las estructuras no nativas, respectivamente.

Distribución, filogenia y movilidad

Los intrones del grupo I se encuentran distribuidos en bacterias, eucariotas inferiores y plantas superiores. Sin embargo, su aparición en bacterias parece ser más esporádica que en eucariotas inferiores, y se han vuelto prevalentes en plantas superiores. Los genes que interrumpen los intrones del grupo I difieren significativamente: interrumpen genes de ARNr , ARNm y ARNt en genomas bacterianos, así como en genomas mitocondriales y de cloroplastos de eucariotas inferiores, pero solo invaden genes de ARNr en el genoma nuclear de eucariotas inferiores. En plantas superiores, estos intrones parecen estar restringidos a unos pocos genes de ARNt y ARNm de los cloroplastos y las mitocondrias.

Los intrones del grupo I también se encuentran insertados en genes de una amplia variedad de bacteriófagos de bacterias Gram-positivas . [11] Sin embargo, su distribución en el fago de bacterias Gram-negativas se limita principalmente a los bacteriófagos T4 , T-even y T7-like . [11] [12] [13] [14]

Tanto la teoría de los intrones tempranos como la de los intrones tardíos han encontrado evidencias para explicar el origen de los intrones del grupo I. Algunos intrones del grupo I codifican la endonucleasa homing (HEG), que cataliza la movilidad de los intrones. Se propone que las HEG mueven el intrón de una ubicación a otra, de un organismo a otro y, por lo tanto, explican la amplia propagación de los intrones egoístas del grupo I. Hasta ahora, no se ha identificado ningún papel biológico para los intrones del grupo I, excepto el empalme de sí mismos a partir del precursor para evitar la muerte del huésped del que viven. También se ha descubierto que una pequeña cantidad de intrones del grupo I codifican una clase de proteínas llamadas madurasas que facilitan el empalme de intrones .

Véase también

Referencias

  1. ^ Nielsen H, Johansen SD (2009). "Intrones del grupo I: avanzando en nuevas direcciones". RNA Biol . 6 (4): 375–83. doi : 10.4161/rna.6.4.9334 . PMID:  19667762. Consultado el 15 de julio de 2010 .
  2. ^ ab Cate JH, Gooding AR, Podell E, et al. (septiembre de 1996). "Estructura cristalina de un dominio de ribozima del grupo I: principios del empaquetamiento del ARN". Science . 273 (5282): 1678–85. Bibcode :1996Sci...273.1678C. doi :10.1126/science.273.5282.1678. PMID  8781224. S2CID  38185676.
  3. ^ ab Cech TR (1990). "Autoempalme de intrones del grupo I". Annu. Rev. Biochem . 59 : 543–68. doi :10.1146/annurev.bi.59.070190.002551. PMID  2197983.
  4. ^ Woodson SA (junio de 2005). "Estructura y ensamblaje de intrones del grupo I". Curr. Opin. Struct. Biol . 15 (3): 324–30. doi :10.1016/j.sbi.2005.05.007. PMID  15922592.
  5. ^ Steitz, TA; Steitz JA (1993). "Un mecanismo general de dos iones metálicos para el ARN catalítico". Proc Natl Acad Sci USA . 90 (14): 6498–6502. Bibcode :1993PNAS...90.6498S. doi : 10.1073/pnas.90.14.6498 . PMC 46959 . PMID  8341661. 
  6. ^ Stahley, MR; Strobel SA (2006). "Empalme de ARN: las estructuras cristalinas de los intrones del grupo I revelan la base de la selección del sitio de empalme y la catálisis de iones metálicos". Curr Opin Struct Biol . 16 (3): 319–326. doi :10.1016/j.sbi.2006.04.005. PMID  16697179.
  7. ^ Golden BL, Gooding AR, Podell ER, Cech TR (1998). "Un sitio activo preorganizado en la estructura cristalina de la ribozima de Tetrahymena". Science . 282 (5387): 259–64. Bibcode :1998Sci...282..259G. doi :10.1126/science.282.5387.259. PMID  9841391.
  8. ^ Golden BL, Kim H, Chase E (2005). "Estructura cristalina de un complejo ribozima-producto del grupo I de Twort en el fago". Nat Struct Mol Biol . 12 (1): 82–9. doi :10.1038/nsmb868. PMID  15580277. S2CID  33369317.
  9. ^ Guo F, Gooding AR, Cech TR (2004). "Estructura de la ribozima de Tetrahymena: sándwich de triple base e ion metálico en el sitio activo". Mol Cell . 16 (3): 351–62. doi : 10.1016/j.molcel.2004.10.003 . PMID  15525509.
  10. ^ Brion P, Westhof E (1997). "Jerarquía y dinámica del plegamiento del ARN". Annu Rev Biophys Biomol Struct . 26 : 113–37. doi :10.1146/annurev.biophys.26.1.113. PMID  9241415.
  11. ^ ab Edgell DR, Belfort M , Shub DA (octubre de 2000). "Barreras a la promiscuidad de intrones en bacterias". J. Bacteriol . 182 (19): 5281–9. doi :10.1128/jb.182.19.5281-5289.2000. PMC 110968 . PMID  10986228. 
  12. ^ Sandegren L, Sjöberg BM (mayo de 2004). "Distribución, homología de secuencia y retorno de intrones del grupo I entre bacteriófagos similares a T-even: evidencia de transferencia reciente de intrones antiguos". J. Biol. Chem . 279 (21): 22218–27. doi : 10.1074/jbc.M400929200 . PMID  15026408.
  13. ^ Bonocora RP, Shub DA (diciembre de 2004). "Un intrón del grupo I auto-empalmable en genes de la ADN polimerasa de bacteriófagos similares a T7". J. Bacteriol . 186 (23): 8153–5. doi :10.1128/JB.186.23.8153-8155.2004. PMC 529087 . PMID  15547290. 
  14. ^ Lee CN, Lin JW, Weng SF, Tseng YH (diciembre de 2009). "Caracterización genómica del fago phiL7 similar a T7 que contiene intrones de Xanthomonas campestris". Appl. Environ. Microbiol . 75 (24): 7828–37. Bibcode :2009ApEnM..75.7828L. doi :10.1128/AEM.01214-09. PMC 2794104. PMID 19854925  . 

Lectura adicional

  • Chauhan, S; Caliskan G; Briber RM; Perez-Salas U; Rangan P; Thirumalai D; Woodson SA (2005). "Las interacciones terciarias del ARN median el colapso nativo de una ribozima bacteriana del grupo I". J Mol Biol . 353 (5): 1199–1209. doi :10.1016/j.jmb.2005.09.015. PMID  16214167.
  • Haugen, P; Simon DM; Bhattacharya D (2005). "La historia natural de los intrones del grupo I". Tendencias en genética . 21 (2): 111–119. doi :10.1016/j.tig.2004.12.007. PMID  15661357.
  • Rangan, P; Masquida, B; Westhof E; Woodson SA (2003). "Ensamblaje de hélices centrales y plegamiento terciario rápido de una pequeña ribozima bacteriana del grupo I". Proc Natl Acad Sci USA . 100 (4): 1574–1579. Bibcode :2003PNAS..100.1574R. doi : 10.1073/pnas.0337743100 . PMC  149874 . PMID  12574513.
  • Schroeder, R; Barta A; Semrad K (2004). "Estrategias para el plegamiento y ensamblaje del ARN". Nat Rev Mol Cell Biol . 5 (11): 908–919. doi :10.1038/nrm1497. PMID  15520810. S2CID  22030359.
  • Thirumalai, D; Lee N; Woodson SA; Klimov D (2001). "Eventos tempranos en el plegamiento del ARN". Annu Rev Phys Chem . 52 : 751–762. Bibcode :2001ARPC...52..751T. doi :10.1146/annurev.physchem.52.1.751. PMID  11326079.
  • Treiber, DK; Williamson JR (1999). "Exponiendo las trampas cinéticas en el plegamiento del ARN". Curr Opin Struct Biol . 9 (3): 339–345. doi :10.1016/S0959-440X(99)80045-1. PMID  10361090.
  • Xiao, M; Leibowitz MJ; Zhang Y (2003). "Plegamiento concertado de una ribozima de Candida en la estructura catalíticamente activa posterior a una rápida compactación del ARN". Nucleic Acids Res . 31 (14): 3901–3908. doi :10.1093/nar/gkg455. PMC  165970 . PMID  12853605.
  • Página del intrón del grupo I en Rfam
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