El ARN nuclear pequeño ( snRNA ) es una clase de moléculas de ARN pequeñas que se encuentran dentro de las motas de empalme y los cuerpos de Cajal del núcleo celular en las células eucariotas . La longitud promedio de un snRNA es de aproximadamente 150 nucleótidos. Son transcritos por la ARN polimerasa II o la ARN polimerasa III . [1] Su función principal es el procesamiento del ARN premensajero ( hnRNA ) en el núcleo. También se ha demostrado que ayudan en la regulación de los factores de transcripción ( ARN 7SK ) o la ARN polimerasa II (ARN B2) y en el mantenimiento de los telómeros .
Los snRNA siempre se asocian con un conjunto de proteínas específicas, y los complejos se denominan ribonucleoproteínas nucleares pequeñas ( snRNP , a menudo pronunciado "snurps"). Cada partícula de snRNP está compuesta por un componente de snRNA y varias proteínas específicas de snRNP (incluidas las proteínas Sm , una familia de proteínas nucleares). Los componentes de snRNA humanos más comunes de estos complejos se conocen, respectivamente, como: ARN espliceosómico U1 , ARN espliceosómico U2 , ARN espliceosómico U4 , ARN espliceosómico U5 y ARN espliceosómico U6 . Su nomenclatura deriva de su alto contenido de uridina .
Los ARNpn se descubrieron por accidente durante un experimento de electroforesis en gel en 1966. [2] Se encontró un tipo inesperado de ARN en el gel y se investigó. Análisis posteriores demostraron que estos ARN tenían un alto contenido de uridilato y se habían establecido en el núcleo.
Los snRNA y los pequeños ARN nucleolares (snoRNA) no son lo mismo y ninguno es un subtipo del otro. Ambos son diferentes y son una clase dentro de los pequeños ARN. Se trata de pequeñas moléculas de ARN que desempeñan un papel esencial en la biogénesis del ARN y guían las modificaciones químicas de los ARN ribosómicos (rRNA) y otros genes de ARN (tRNA y snRNA). Se encuentran en el nucléolo y los cuerpos de Cajal de las células eucariotas (los principales sitios de síntesis de ARN), donde se denominan scaRNA (small Cajal body-specific RNA).
Los snRNA a menudo se dividen en dos clases según las características de secuencia comunes y los factores proteicos asociados, como las proteínas LSm que se unen al ARN . [3]
La primera clase, conocida como snRNA de clase Sm , se estudia más ampliamente y consta de U1, U2, U4, U4atac , U5, U7 , U11 y U12 . Los snRNA de clase Sm son transcritos por la ARN polimerasa II . Los pre-snRNA se transcriben y reciben la habitual tapa de 7-metilguanosina cinco-prime en el núcleo . Luego se exportan al citoplasma a través de poros nucleares para su posterior procesamiento. En el citoplasma, el snRNA recibe un recorte 3' para formar una estructura de tallo-bucle 3', así como hipermetilación de la tapa 5' para formar trimetilguanosina. [4] La estructura de tallo 3' es necesaria para el reconocimiento por la proteína de supervivencia de la neurona motora (SMN). [5] Este complejo ensambla el snRNA en ribonucleoproteínas estables (RNP). Luego, se requiere la tapa 5′ modificada para importar el snRNP nuevamente al núcleo. Todos estos snRNA ricos en uridina, con la excepción de U7, forman el núcleo del espliceosoma . El empalme, o la eliminación de intrones , es un aspecto importante de la modificación postranscripcional y tiene lugar solo en el núcleo de los eucariotas. Se ha descubierto que el snRNA U7 funciona en el procesamiento del pre-ARNm de histonas .
La segunda clase, conocida como snRNA de clase Lsm , consta de U6 y U6atac . Los snRNA de clase Lsm son transcritos por la ARN polimerasa III y nunca abandonan el núcleo, a diferencia del snRNA de clase Sm. Los snRNA de clase Lsm contienen una tapa de 5′-γ-monometilfosfato [6] y un tallo-bucle de 3′, que termina en un tramo de uridinas que forman el sitio de unión para un anillo heteroheptamérico distinto de las proteínas Lsm. [7]
Los espliceosomas catalizan el empalme , un paso integral en la maduración del ARN mensajero precursor eucariota. Un error de empalme incluso en un solo nucleótido puede ser devastador para la célula, y es necesario un método confiable y repetible de procesamiento del ARN para asegurar la supervivencia celular. El espliceosoma es un gran complejo proteína-ARN que consta de cinco ARN nucleares pequeños (U1, U2, U4, U5 y U6) y más de 150 proteínas. Los snRNA, junto con sus proteínas asociadas, forman complejos de ribonucleoproteína (snRNP), que se unen a secuencias específicas en el sustrato pre-ARNm . [8] Este intrincado proceso da como resultado dos reacciones de transesterificación secuenciales. Estas reacciones producirán un intrón de lazo libre y ligarán dos exones para formar un ARNm maduro. Hay dos clases separadas de espliceosomas. La clase principal, que es mucho más abundante en las células eucariotas, empalma principalmente intrones de tipo U2. El paso inicial del empalme es la unión del snRNP U1 y sus proteínas asociadas al extremo de empalme 5' del hnRNA . Esto crea el complejo de compromiso que restringirá el hnRNA a la vía de empalme. [9] Luego, el snRNP U2 se recluta al sitio de unión del espliceosoma y forma el complejo A, después de lo cual el complejo tri-snRNP U5.U4/U6 se une al complejo A para formar la estructura conocida como complejo B. Después del reordenamiento, se forma el complejo C y el espliceosoma está activo para la catálisis. [10] En el espliceosoma catalíticamente activo, los snRNA U2 y U6 se pliegan para formar una estructura conservada llamada triplex catalítico. [11] Esta estructura coordina dos iones de magnesio que forman el sitio activo del espliceosoma. [12] [13] Este es un ejemplo de catálisis de ARN .
Además de este complejo principal de espliceosoma, existe un espliceosoma menor mucho menos común (~1%) . Este complejo comprende los snRNP U11, U12, U4atac, U6atac y U5. Estos snRNP son análogos funcionales de los snRNP utilizados en el espliceosoma mayor. El espliceosoma menor empalma intrones de tipo U12. Los dos tipos de intrones difieren principalmente en sus sitios de empalme: los intrones de tipo U2 tienen sitios de empalme GT-AG 5' y 3' mientras que los intrones de tipo U12 tienen AT-AC en sus extremos 5' y 3'. El espliceosoma menor lleva a cabo su función a través de una vía diferente a la del espliceosoma mayor.
El U1 snRNP es el iniciador de la actividad espliceosómica en la célula mediante el apareamiento de bases con el sitio de empalme 5' del pre-ARNm. En el espliceosoma mayor, los datos experimentales han demostrado que el U1 snRNP está presente en igual estequiometría que el U2, U4, U5 y U6 snRNP. Sin embargo, la abundancia del U1 snRNP en células humanas es mucho mayor que la de los otros snRNP. [14] A través de la eliminación del gen U1 snRNA en células HeLa , los estudios han demostrado que el U1 snRNA tiene gran importancia para la función celular. Cuando se eliminaron los genes U1 snRNA, los microarrays genómicos mostraron una mayor acumulación de pre-ARNm sin empalmar. [15] Además, se demostró que la eliminación causa una escisión prematura y poliadenilación principalmente en intrones ubicados cerca del comienzo de la transcripción. Cuando se eliminaron otros snRNA basados en uridina, no se observó este efecto. Por lo tanto, se demostró que el apareamiento de bases U1 snRNA-pre-mRNA protegía al pre-mRNA de la poliadenilación, así como de la escisión prematura. Esta protección especial puede explicar la sobreabundancia de U1 snRNA en la célula.
A través del estudio de las ribonucleoproteínas nucleares pequeñas (snRNP) y las ribonucleoproteínas nucleolares pequeñas (sno) hemos podido comprender mejor muchas enfermedades importantes.
Atrofia muscular espinal : las mutaciones en el gen SMN1 (supervivencia de la neurona motora 1) dan lugar a la degeneración de las neuronas motoras espinales y a un grave desgaste muscular. La proteína SMN ensambla las snRNP de clase Sm, y probablemente también las snoRNP y otras RNP. [16] La atrofia muscular espinal afecta hasta a 1 de cada 6000 personas y es la segunda causa principal de enfermedad neuromuscular , después de la distrofia muscular de Duchenne . [17]
Disqueratosis congénita : las mutaciones en los snRNP ensamblados también son causa de disqueratosis congénita, un síndrome poco común que se presenta con cambios anormales en la piel, las uñas y las membranas mucosas. Algunos de los efectos finales de esta enfermedad incluyen insuficiencia de la médula ósea y cáncer. Se ha demostrado que este síndrome surge de mutaciones en múltiples genes, entre ellos la disquerina , el ARN de la telomerasa y la transcriptasa inversa de la telomerasa . [18]
Síndrome de Prader-Willi : este síndrome afecta a 1 de cada 12.000 personas y se manifiesta con hambre extrema, problemas cognitivos y de conducta, tono muscular deficiente y baja estatura. [19] El síndrome se ha relacionado con la eliminación de una región del cromosoma paterno 15 que no se expresa en el cromosoma materno. Esta región incluye un ARNm específico del cerebro que se dirige al ARNm del receptor de serotonina -2C.
Meduloblastoma : el ARNm U1 está mutado en un subconjunto de estos tumores cerebrales y conduce a un empalme de ARN alterado . [20] Las mutaciones ocurren predominantemente en tumores adultos y están asociadas con un mal pronóstico.
En eucariotas , los snRNA contienen una cantidad significativa de modificaciones de 2'-O-metilación y pseudouridilaciones . [21] Estas modificaciones están asociadas con la actividad de snoRNA que canónicamente modifican rRNA prematuros pero se han observado en la modificación de otros objetivos de ARN celulares como los snRNA. Finalmente, la oligoadenilación (cola corta de poli(A)) puede determinar el destino de los snRNA (que generalmente no tienen cola de poli(A)) y, por lo tanto, inducir su desintegración de ARN. [22] Este mecanismo que regula la abundancia de snRNA está a su vez acoplado a un cambio generalizado de empalme alternativo de ARN.
{{cite book}}: CS1 maint: DOI inactivo a partir de septiembre de 2024 ( enlace ){{cite book}}: CS1 maint: DOI inactivo a partir de septiembre de 2024 ( enlace )