Tapa de cinco primos
Nucleótido especialmente alterado en el extremo 5' del pre-ARNm

En biología molecular , el capuchón de cinco primos ( capuchón 5′ ) es un nucleótido especialmente alterado en el extremo 5′ de algunas transcripciones primarias como el ARN mensajero precursor . Este proceso, conocido como capping de ARNm , está altamente regulado y es vital en la creación de ARN mensajero estable y maduro capaz de experimentar traducción durante la síntesis de proteínas . El ARNm mitocondrial [1] y el ARNm cloroplástico [2] no están capuchados.

Estructura

Estructura de tapa de 5′ (cap-2).
Estructura de la ribosa que muestra las posiciones de los carbonos 2′, 3′ y 5′.

En los eucariotas , la tapa 5′ (cap-0), que se encuentra en el extremo 5′ de una molécula de ARNm, consiste en un nucleótido de guanina conectado al ARNm a través de un enlace trifosfato 5′ a 5′ inusual . Esta guanosina se metila en la posición 7 directamente después de la protección in vivo por una metiltransferasa . [3] [4] [5] [6] Se la conoce como tapa de 7-metilguanilato , abreviada m 7 G.

En eucariotas multicelulares y algunos virus, [7] existen modificaciones adicionales, incluida la metilación de los grupos hidroxi 2' de los primeros 2 azúcares ribosa del extremo 5' del ARNm. cap-1 tiene un grupo hidroxi 2' metilado en el primer azúcar ribosa, mientras que cap-2 tiene grupos hidroxi 2' metilados en los primeros dos azúcares ribosa, que se muestran a la derecha. El cap 5' es químicamente similar al extremo 3' de una molécula de ARN (el carbono 5' del cap ribosa está unido y el 3' no). Esto proporciona una resistencia significativa a las exonucleasas 5' . [ cita requerida ]

Los ARN nucleares pequeños contienen tapas 5′ únicas. Los ARN pequeños de clase Sm se encuentran con tapas de 5′-trimetilguanosina, mientras que los ARN pequeños de clase Lsm se encuentran con tapas de 5′-monometilfosfato. [8]

En las bacterias , y potencialmente también en organismos superiores, algunos ARN están cubiertos con NAD + , NADH o 3′-desfosfo-coenzima A. [ 9] [10]

En todos los organismos, las moléculas de ARNm pueden desprotegerse mediante un proceso conocido como desprotección del ARN mensajero .

Proceso de tapado

El punto de partida para la protección con 7-metilguanilato es el extremo 5′ inalterado de una molécula de ARN, que termina en un grupo trifosfato. Este presenta un nucleótido final seguido de tres grupos fosfato unidos al carbono 5′. [3] El proceso de protección se inicia antes de que se complete la transcripción, mientras se sintetiza el pre-ARNm naciente.

  1. Uno de los grupos fosfato terminales es eliminado por la ARN trifosfatasa , dejando un grupo bisfosfato (es decir, 5′(ppN)[pN] n );
  2. La guanililtransferasa de ARNm añade GTP al bifosfato terminal , perdiendo un pirofosfato del sustrato de GTP en el proceso. Esto da como resultado el enlace trifosfato 5′–5′, que produce 5′(Gp)(ppN)[pN] n ;
  3. El nitrógeno 7 de la guanina es metilado por la ARNm (guanina- N 7-)-metiltransferasa , y la S -adenosil- L -metionina se desmetila para producir S -adenosil- L -homocisteína , lo que da como resultado 5′(m7Gp)(ppN)[pN] n (cap-0);
  4. Pueden ocurrir modificaciones adyacentes al capuchón, normalmente en el primer y segundo nucleótido, produciendo hasta 5′(m7Gp)(ppN*)(pN*)[pN] n (cap-1 y cap-2); [7]
  5. Si el nucleótido adyacente al casquete más cercano es 2′- O -ribosa metil-adenosina (es decir, 5′(m7Gp)(ppAm)[pN] n ), se puede metilar aún más en la posición de metilo N6 para formar N 6 -metiladenosina , lo que da como resultado 5′(m7Gp)(ppm6Am)[pN] n . [3]

El mecanismo de protección con NAD + , NADH o 3′-desfosfo-coenzima A es diferente. La protección con NAD + , NADH o 3′-desfosfo-coenzima A se logra a través de un "mecanismo de protección ab initio", en el que NAD + , NADH o 3′-desfosfo-coenzima A actúa como un "nucleótido iniciador no canónico" (NCIN) para la iniciación de la transcripción por la ARN polimerasa y, por lo tanto, se incorpora directamente al producto de ARN. [9] Tanto la ARN polimerasa bacteriana como la ARN polimerasa II eucariota pueden llevar a cabo este "mecanismo de protección ab initio". [9]

Orientación

Para el capping con 7-metilguanilato, el complejo enzimático de capping (CEC) se une a la ARN polimerasa II antes de que comience la transcripción. Tan pronto como el extremo 5′ del nuevo transcrito emerge de la ARN polimerasa II, el CEC lleva a cabo el proceso de capping (este tipo de mecanismo asegura el capping, como con la poliadenilación ). [11] [12] [13] [14] Las enzimas para el capping solo pueden unirse a la ARN polimerasa II , lo que garantiza la especificidad solo para estos transcritos, que son casi en su totalidad ARNm. [12] [14]

La protección con NAD + , NADH o 3′-desfosfo-coenzima A está dirigida por la secuencia promotora . [9] La protección con NAD+, NADH o 3′-desfosfo-coenzima A ocurre solo en promotores que tienen ciertas secuencias en el sitio de inicio de la transcripción e inmediatamente aguas arriba de él y, por lo tanto, ocurre solo para ARN sintetizados a partir de ciertos promotores. [9]

Función

La tapa de 5′ tiene cuatro funciones principales:

  1. Regulación de la exportación nuclear; [15] [16]
  2. Prevención de la degradación por exonucleasas ; [9] [17] [18] [19]
  3. Promoción de la traducción (ver ribosoma y traducción ); [3] [4] [5]
  4. Promoción de la escisión del intrón proximal 5′. [20]

La exportación nuclear de ARN está regulada por el complejo de unión a la caperuza (CBC), que se une exclusivamente al ARN con caperuza de 7-metilguanilato. El complejo de poro nuclear reconoce entonces al CBC y lo exporta. Una vez en el citoplasma después de la ronda pionera de traducción, el CBC es reemplazado por los factores de traducción eIF4E y eIF4G del complejo eIF4F . [6] Este complejo es luego reconocido por otros mecanismos de iniciación de la traducción, incluido el ribosoma. [21]

La desprotección con 7-metilguanilato evita la degradación del extremo 5′ de dos maneras. En primer lugar, se evita la degradación del ARNm por las exonucleasas 5′ (como se mencionó anteriormente) al parecerse funcionalmente a un extremo 3′. En segundo lugar, el CBC y el eIF4E/eIF4G bloquean el acceso de las enzimas desprotectoras al extremo 5′. Esto aumenta la vida media del ARNm, algo esencial en los eucariotas, ya que los procesos de exportación y traducción requieren un tiempo considerable.

La descapsulación de un ARNm con capuchón de 7-metilguanilato es catalizada por el complejo de descapsulación formado por al menos Dcp1 y Dcp2, que debe competir con eIF4E para unirse al capuchón. Por lo tanto, el capuchón de 7-metilguanilato es un marcador de un ARNm que se traduce activamente y es utilizado por las células para regular las semividas del ARNm en respuesta a nuevos estímulos. Los ARNm no deseados se envían a los P-bodies para su almacenamiento temporal o descapsulación, cuyos detalles aún se están resolviendo. [22]

El mecanismo de promoción de la escisión del intrón proximal 5′ no se entiende bien, pero la tapa de 7-metilguanilato parece rodear e interactuar con el espliceosoma en el proceso de empalme, promoviendo la escisión del intrón.

Véase también

Referencias

  1. ^ Temperley RJ, Wydro M, Lightowlers RN, Chrzanowska-Lightowlers ZM (junio de 2010). "ARNm mitocondriales humanos: como miembros de todas las familias, similares pero diferentes". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergética . 1797 (6–7): 1081–1085. doi :10.1016/j.bbabio.2010.02.036. PMC  3003153 . PMID  20211597.
  2. ^ Monde RA, Schuster G, Stern DB (7 de junio de 2000). "Procesamiento y degradación del ARNm del cloroplasto". Biochimie . 82 (6–7): 573–582. doi :10.1016/S0300-9084(00)00606-4. PMID  10946108.
  3. ^ abcd Shatkin, A (diciembre de 1976). "Capping of eucaryotic mRNAs" (Recubrimiento de ARNm eucariotas). Cell . 9 (4): 645–653. doi :10.1016/0092-8674(76)90128-8. PMID  1017010. S2CID  26743858.
  4. ^ ab Banerjee AK (junio de 1980). "Estructura de la tapa terminal 5' en ácidos ribonucleicos mensajeros eucariotas". Microbiological Reviews . 44 (2): 175–205. doi :10.1128/mmbr.44.2.175-205.1980. PMC 373176 . PMID  6247631. 
  5. ^ ab Sonenberg N, Gingras AC (abril de 1998). "La proteína de unión a la tapa 5′ del ARNm eIF4E y el control del crecimiento celular". Current Opinion in Cell Biology . 10 (2): 268–275. doi :10.1016/S0955-0674(98)80150-6. PMID  9561852.
  6. ^ ab Marcotrigiano J, Gingras AC, Sonenberg N, Burley SK (junio de 1997). "Estructura de cocristal de la proteína de unión a la tapa 5′ del ARN mensajero (eIF4E) unida a 7-metil-GDP". Cell . 89 (6): 951–961. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80280-9 . PMID  9200613. S2CID  15200116.
  7. ^ ab Fechter P, Brownlee GG (mayo de 2005). "Reconocimiento de las estructuras de la cubierta del ARNm por proteínas virales y celulares". The Journal of General Virology . 86 (Pt 5): 1239–1249. doi : 10.1099/vir.0.80755-0 . PMID  15831934.
  8. ^ Matera AG, Terns RM, Terns MP (marzo de 2007). "ARN no codificantes: lecciones de los ARN nucleares pequeños y nucleolares pequeños". Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 8 (3): 209–220. doi :10.1038/nrm2124. PMID  17318225. S2CID  30268055.
  9. ^ abcdef Bird JG, Zhang Y, Tian Y, Panova N, Barvík I, Greene L, Liu M, Buckley B, Krásný L, Lee JK, Kaplan CD, Ebright RH, Nickels BE (julio de 2016). "El mecanismo de recubrimiento del ARN 5' con NAD+, NADH y desfosfo-CoA". Nature . 535 (7612): 444–447. Bibcode :2016Natur.535..444B. doi :10.1038/nature18622. PMC 4961592 . PMID  27383794. 
  10. ^ Cahová H, Winz ML, Höfer K, Nübel G, Jäschke A (marzo de 2015). "NAD captureSeq indica que NAD es una capa bacteriana para un subconjunto de ARN reguladores". Nature . 519 (7543): 374–377. Bibcode :2015Natur.519..374C. doi :10.1038/nature14020. PMID  25533955. S2CID  4446837.
  11. ^ Cho EJ, Takagi T, Moore CR, Buratowski S (diciembre de 1997). "La enzima que protege el ARNm se incorpora al complejo de transcripción mediante la fosforilación del dominio carboxiterminal de la ARN polimerasa II". Genes & Development . 11 (24): 3319–3326. doi :10.1101/gad.11.24.3319. PMC 316800 . PMID  9407025. 
  12. ^ ab Fabrega C, Shen V, Shuman S, Lima CD (junio de 2003). "Estructura de una enzima de protección de ARNm unida al dominio carboxiterminal fosforilado de la ARN polimerasa II". Molecular Cell . 11 (6): 1549–1561. doi : 10.1016/S1097-2765(03)00187-4 . PMID  12820968.
  13. ^ Ho CK, Lehman K, Shuman S (diciembre de 1999). "Un motivo de superficie esencial (WAQKW) de la ARN trifosfatasa de levadura media la formación del complejo enzimático de protección del ARNm con la ARN guanililtransferasa". Nucleic Acids Research . 27 (24): 4671–4678. doi :10.1093/nar/27.24.4671. PMC 148765 . PMID  10572165. 
  14. ^ ab Hirose Y, Manley JL (junio de 2000). "La ARN polimerasa II y la integración de eventos nucleares". Genes & Development . 14 (12): 1415–1429. doi : 10.1101/gad.14.12.1415 . PMID  10859161. S2CID  43589702 . Consultado el 23 de noviembre de 2014 .
  15. ^ Visa N, Izaurralde E, Ferreira J, Daneholt B, Mattaj IW (abril de 1996). "Un complejo de unión a la tapa nuclear se une al pre-ARNm del anillo de Balbiani de manera cotranscripcional y acompaña a la partícula de ribonucleoproteína durante la exportación nuclear". The Journal of Cell Biology . 133 (1): 5–14. doi :10.1083/jcb.133.1.5. PMC 2120770 . PMID  8601613. 
  16. ^ Lewis JD, Izaurralde E (julio de 1997). "El papel de la estructura de la tapa en el procesamiento del ARN y la exportación nuclear". Revista Europea de Bioquímica . 247 (2): 461–469. doi : 10.1111/j.1432-1033.1997.00461.x . PMID  9266685.
  17. ^ Evdokimova V, Ruzanov P, Imataka H, ​​Raught B, Svitkin Y, Ovchinnikov LP, Sonenberg N (octubre de 2001). "La principal proteína YB-1 asociada al ARNm es un potente estabilizador de ARNm dependiente de la tapa 5 '". La Revista EMBO . 20 (19): 5491–5502. doi :10.1093/emboj/20.19.5491. PMC 125650 . PMID  11574481. 
  18. ^ Gao M, Fritz DT, Ford LP, Wilusz J (marzo de 2000). "La interacción entre una ribonucleasa específica de poli(A) y la tapa 5' influye en las tasas de desadenilación del ARNm in vitro". Molecular Cell . 5 (3): 479–488. doi :10.1016/S1097-2765(00)80442-6. PMC 2811581 . PMID  10882133. 
  19. ^ Burkard KT, Butler JS (enero de 2000). "Una exonucleasa nuclear 3′–5′ implicada en la degradación del ARNm interactúa con la poli(A) polimerasa y la proteína hnRNA Npl3p". Biología molecular y celular . 20 (2): 604–616. doi :10.1128/MCB.20.2.604-616.2000. PMC 85144 . PMID  10611239. 
  20. ^ Konarska MM, Padgett RA, Sharp PA (octubre de 1984). "Reconocimiento de la estructura de la tapa en el empalme in vitro de precursores de ARNm". Cell . 38 (3): 731–736. doi :10.1016/0092-8674(84)90268-X. PMID  6567484. S2CID  10721149.
  21. ^ Kapp LD, Lorsch JR (2004). "La mecánica molecular de la traducción eucariota". Revista anual de bioquímica . 73 (1): 657–704. doi :10.1146/annurev.biochem.73.030403.080419. PMID  15189156.
  22. ^ Parker R, Sheth U (marzo de 2007). "Cuerpos P y el control de la traducción y degradación del ARNm". Molecular Cell . 25 (5): 635–646. doi : 10.1016/j.molcel.2007.02.011 . PMID  17349952.
  • "RNA Caps". Encabezado de tema médico de PubMed (MeSH) . Institutos Nacionales de Salud.
Obtenido de "https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Capítulo_de_cinco_primos&oldid=1231674431"