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Ribonucleasa P

Estructura cristalina de una holoenzima ribonucleasa P bacteriana en complejo con ARNt (amarillo), que muestra iones metálicos involucrados en la catálisis (esferas rosas), PDB : 3Q1R

La ribonucleasa P ( EC 3.1.26.5, RNasa P ) es un tipo de ribonucleasa que escinde el ARN . La RNasa P es única entre otras RNasas porque es una ribozima , un ácido ribonucleico que actúa como catalizador de la misma manera que lo haría una enzima basada en proteínas . Su función es escindir una secuencia extra, o precursora, de ARN en las moléculas de ARNt . [1] Además, la RNasa P es una de las dos ribozimas de recambio múltiple conocidas en la naturaleza (la otra es el ribosoma ), cuyo descubrimiento le valió a Sidney Altman y Thomas Cech el Premio Nobel de Química en 1989: en la década de 1970, Altman descubrió la existencia de ARNt precursor con secuencias flanqueantes y fue el primero en caracterizar la RNasa P y su actividad en el procesamiento de la secuencia líder 5' del ARNt precursor. Hallazgos recientes también revelan que la RNasa P tiene una nueva función. [2] Se ha demostrado que la ARNasa nuclear P humana es necesaria para la transcripción normal y eficiente de varios ARN pequeños no codificantes , como los genes ARNt, ARNr 5S , ARN SRP y ARNsn U6 , [3] que son transcritos por la ARN polimerasa III , una de las tres principales ARN polimerasas nucleares en las células humanas.

En bacterias

La ARNasa P bacteriana tiene dos componentes: una cadena de ARN, llamada ARN M1, y una cadena polipeptídica , o proteína, llamada proteína C5. [4] [5] In vivo , ambos componentes son necesarios para que la ribozima funcione correctamente, pero in vitro , el ARN M1 puede actuar solo como catalizador. [1] La función principal de la proteína C5 es mejorar la afinidad de unión al sustrato y la tasa catalítica de la enzima ARN M1, probablemente al aumentar la afinidad del ion metálico en el sitio activo. La estructura cristalina de una holoenzima ARNasa P bacteriana con ARNt se ha resuelto recientemente, mostrando cómo los grandes dominios helicoidales apilados coaxialmente del ARN ARNasa P participan en el reconocimiento selectivo de la forma del objetivo pre-ARNt. Esta estructura cristalina confirma modelos anteriores de reconocimiento de sustrato y catálisis, identifica la ubicación del sitio activo y muestra cómo el componente proteico aumenta la funcionalidad de la ARNasa P. [6] [7]

ARNasa P bacteriana clase A y B

La ribonucleasa P (RNasa P) es una endorribonucleasa ubicua , que se encuentra en arqueas, bacterias y eucariotas, así como en cloroplastos y mitocondrias . Su actividad mejor caracterizada es la generación de extremos 5' maduros de ARNt mediante la escisión de los elementos líderes 5' de los ARNt precursores. Las ARNasas P celulares son ribonucleoproteínas (RNP). El ARN de la ARNasa P bacteriana conserva su actividad catalítica en ausencia de la subunidad proteica , es decir, es una ribozima. No se ha demostrado que el ARN ARNasa P eucariota y arqueal aislado conserve su función catalítica, pero sigue siendo esencial para la actividad catalítica de la holoenzima. Aunque las holoenzimas arqueales y eucariotas tienen un contenido proteico mucho mayor que las eubacterianas, los núcleos de ARN de los tres linajes son homólogos: las hélices correspondientes a P1, P2, P3, P4 y P10/11 son comunes a todos los ARN de la ARNasa P celular. Sin embargo, existe una variación considerable en la secuencia, en particular entre los ARN eucariotas.

En Archaea

En las arqueas , las ribonucleoproteínas de la ARNasa P constan de 4 a 5 subunidades proteicas asociadas con el ARN. Como lo revelan los experimentos de reconstitución in vitro , estas subunidades proteicas son individualmente prescindibles para el procesamiento del ARNt, que está mediado esencialmente por el componente ARN. [8] [9] [10] Las estructuras de las subunidades proteicas de la ARNasa P arqueal se han resuelto mediante cristalografía de rayos X y RMN , revelando así nuevos dominios proteicos y plegamientos fundamentales para la función.

Utilizando genómica comparativa y métodos computacionales mejorados, se ha encontrado una forma radicalmente minimizada del ARN RNasa P, denominada "Tipo T", en todos los genomas completos de la familia filogenética crenarqueal Thermoproteaceae , incluidas las especies de los géneros Pyrobaculum , Caldivirga y Vulcanisaeta . [11] Todos conservan un dominio catalítico convencional, pero carecen de un dominio de especificidad reconocible. La actividad de procesamiento de ARNt 5' del ARN solo se confirmó experimentalmente. Los ARN RNasa P de Pyrobaculum y Caldivirga son la forma natural más pequeña descubierta hasta ahora que funciona como ribozimas transactuantes. [11] La pérdida del dominio de especificidad en estos ARN sugiere una posible especificidad de sustrato alterada.

Recientemente se ha argumentado que la arqueobacteria Nanoarchaeum equitans no posee ARNasa P. Los estudios computacionales y experimentales no han logrado encontrar evidencia de su existencia. En este organismo, el promotor del ARNt está cerca del gen del ARNt y se cree que la transcripción comienza en la primera base del ARNt, eliminando así el requisito de la ARNasa P. [12]

En eucariotas

En eucariotas , como los humanos y la levadura , [13] la mayoría de la ARNasa P consiste en una cadena de ARN que es estructuralmente similar a la que se encuentra en las bacterias [14] así como de nueve a diez proteínas asociadas (a diferencia de la proteína ARNasa P bacteriana única, C5). [2] [15] Cinco de estas subunidades proteicas exhiben homología con sus contrapartes arqueales. Estas subunidades proteicas de la ARNasa P se comparten con la ARNasa MRP , [15] [16] [17] una ribonucleoproteína catalítica involucrada en el procesamiento del ARN ribosómico en el nucléolo . [18] Solo recientemente se demostró que la ARNasa P de los eucariotas es una ribozima. [19] En consecuencia, las numerosas subunidades proteicas de la ARNasa P eucariota tienen una contribución menor al procesamiento del ARNt per se, [20] mientras que parecen ser esenciales para la función de la ARNasa P y la ARNasa MRP en otros entornos biológicos, como la transcripción genética y el ciclo celular . [3] [21] A pesar de los orígenes bacterianos de las mitocondrias y los cloroplastos, los plástidos de animales superiores y plantas no parecen contener una ARNasa P basada en ARN. Se ha demostrado que la ARNasa P mitocondrial humana es una proteína y no contiene ARN . [22] También se ha demostrado que la ARNasa P del cloroplasto de espinaca funciona sin una subunidad de ARN. [23]

Terapias que utilizan la ARNasa P

La ARNasa P se está estudiando actualmente como una posible terapia para enfermedades como el virus del herpes simple , [24] citomegalovirus , [24] [25] influenza y otras infecciones respiratorias, [26] VIH-1 [27] y cáncer causado por el gen de fusión BCR-ABL . [24] [28] Las secuencias guía externas (EGS) se forman con complementariedad con el ARNm viral u oncogénico y estructuras que imitan el bucle T y el tallo aceptor del ARNt . [26] Estas estructuras permiten que la ARNasa P reconozca las EGS y escinda el ARNm objetivo. Las terapias con EGS han demostrado ser efectivas en cultivos y en ratones vivos. [29]

Referencias

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