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ARN ribosómico 5S

El ARN ribosómico 5S ( ARNr 5S ) es una molécula de ARN ribosomal de aproximadamente 120 nucleótidos de longitud con una masa de 40 kDa . Es un componente estructural y funcional de la subunidad grande del ribosoma en todos los dominios de la vida ( bacterias , arqueas y eucariotas ), a excepción de los ribosomas mitocondriales de hongos y animales. La denominación 5S se refiere al coeficiente de sedimentación de la molécula en una ultracentrífuga, que se mide en unidades Svedberg (S). [1]

Figura 1: Una representación 3D de una molécula de ARNr 5S. Esta estructura es del ARNr 5S de la subunidad ribosomal 50S de Escherichia coli y se basa en una reconstrucción con microscopía crioelectrónica . [2]

Biosíntesis

En procariotas, el gen 5S rRNA se ubica típicamente en los operones de rRNA aguas abajo de las subunidades pequeña y grande de rRNA, y se cotranscribe en un precursor policistrónico . [3] Una particularidad de los genomas nucleares eucariotas es la aparición de múltiples copias del gen 5S rRNA (5S rDNA) agrupadas en repeticiones en tándem, con un número de copias que varía de una especie a otra. [4] [5] El ARNr 5S eucariótico se sintetiza mediante la ARN polimerasa III , mientras que otros ARNr eucarióticos se escinden de un precursor 45S transcrito por la ARN polimerasa I. En los ovocitos de Xenopus , se ha demostrado que los dedos 4 a 7 del factor de transcripción TFIIIA de nueve dedos de zinc pueden unirse a la región central del ARN 5S. [6] [7] La ​​unión entre 5S rRNA y TFIIIA sirve para reprimir la transcripción adicional del gen 5S RNA y estabilizar la transcripción de 5S RNA hasta que sea necesario para el ensamblaje de ribosomas. [8]

Estructura

La estructura secundaria del ARNr 5S consta de cinco hélices (indicadas de I a V en números romanos ), cuatro bucles (BE) y una bisagra (A), que forman juntas una estructura similar a una Y. Los bucles C y D son horquillas terminales y los bucles B y E son internos. [4] Según estudios filogenéticos, las hélices I y III probablemente sean ancestrales. [9] Helix III incluye dos adenosinas altamente conservadas. [10] Se cree que Helix V, con su estructura en horquilla, interactúa con TFIIIA. [4]

Ubicación dentro del ribosoma

Figura 2: Estructura atómica 3D de la subunidad 50S de Haloarcula marismortui , PDB 1FFK. Las proteínas se muestran en azul, el ARNr 23S en naranja y el ARNr 5S en amarillo. [11] El ARNr 5S junto con las proteínas ribosómicas L5 y L18 y el dominio V del ARNr 23S constituyen la mayor parte de la protuberancia central (CP).

Utilizando una variedad de técnicas moleculares, que incluyen microscopía inmunoelectrónica , microscopía crioelectrónica , entrecruzamiento químico intermolecular y cristalografía de rayos X , se ha determinado con gran precisión la ubicación del ARNr 5S dentro de la subunidad ribosomal grande. En bacterias y arqueas , la propia subunidad ribosómica grande (LSU) está compuesta por dos restos de ARN, el ARNr 5S y otro ARN más grande conocido como ARNr 23S , junto con numerosas proteínas asociadas. [3] [12]

En eucariotas, la LSU contiene ARNr 5S, 5,8S y 28S e incluso más proteínas. [13] [14] La estructura de LSU en 3 dimensiones muestra una superficie relativamente lisa y la superficie opuesta que tiene tres proyecciones, en particular la protuberancia L1, la protuberancia central (CP) y el tallo L7/L12. La protuberancia L1 y el tallo L7/L12 están dispuestos lateralmente rodeando a CP. El rRNA 5S se localiza en el CP y participa en la formación y estructura de esta proyección. Los otros constituyentes principales de la protuberancia central incluyen el ARNr 23S (o alternativamente 28S en eucariotas) y varias proteínas, incluidas L5, L18, L25 y L27. [15]

Funciones ribosómicas

La función exacta del ARNr 5S aún no está clara. En Escherichia coli , las eliminaciones del gen 5S rRNA reducen la tasa de síntesis de proteínas y tienen un efecto perjudicial más profundo sobre la aptitud celular que las eliminaciones de un número comparable de copias de otros genes de rRNA ( 16S y 23S ). [16] Los estudios cristalográficos indican que las proteínas de unión a ARNr 5S y otras proteínas de la protuberancia central de la LSU desempeñan un papel en la unión de ARNt. [15] Además, la proximidad topográfica y física entre el ARNr 5S y el ARNr 23S, que forma la peptidil transferasa y el centro asociado a la GTPasa, sugiere que el ARNr 5S actúa como mediador entre los dos centros funcionales del ribosoma formando, junto con el ARNr 5S Proteínas de unión a ARNr y otros componentes de la protuberancia central, puentes entre subunidades y sitios de unión a ARNt. [15]

Funciones en el ensamblaje ribosomal

En los eucariotas, el ribosoma citosólico se ensambla a partir de cuatro ARNr y más de 80 proteínas. [14] [17] Una vez transcritos, los extremos 3' del ARNr 5S solo pueden recortarse hasta su longitud madura mediante homólogos funcionales de la RNasa T , por ejemplo Rex1p en Saccharomyces cerevisiae . [18] Las subunidades ribosómicas 60S y 40S se exportan desde el núcleo al citoplasma donde se unen para formar el ribosoma 80S maduro y competente para la traducción . Sigue siendo controvertido cuándo se integra exactamente el ARNr 5S en el ribosoma, [4] pero generalmente se acepta que el ARNr 5S se incorpora a la partícula 90S, que es precursora de la partícula 60S, como parte de un pequeño complejo RNP independiente del ribosoma formado por ARNr 5S y proteína ribosómica L5. [17]

Interacciones con proteínas

A continuación se enumeran varias proteínas importantes que interactúan con el ARNr 5S.

la proteína

La interacción del ARNr 5S con la proteína La evita que el ARN sea degradado por exonucleasas en la célula. [19] La proteína se encuentra en el núcleo de todos los organismos eucariotas y se asocia con varios tipos de ARN transcritos por ARN pol III. La proteína interactúa con estos ARN (incluido el ARNr 5S) a través de su tracto de oligouridina 3', lo que ayuda a la estabilidad y el plegamiento del ARN. [4] [20]

proteína L5

En las células eucariotas, la proteína ribosomal L5 asocia y estabiliza el ARNr 5S formando una partícula de ribonucleoproteína (RNP) pre-ribosomal que se encuentra tanto en el citosol como en el núcleo. La deficiencia de L5 impide el transporte de ARNr 5S al núcleo y da como resultado una disminución del ensamblaje ribosomal. [4]

Otras proteínas ribosómicas

En procariotas, el ARNr 5S se une a las proteínas ribosomales L5, L18 y L25, mientras que en eucariotas solo se sabe que el ARNr 5S se une a la proteína ribosomal L5 . [21] En T. brucei , el agente causante de la enfermedad del sueño , el ARNr 5S interactúa con dos proteínas de unión a ARN estrechamente relacionadas, P34 y P37, cuya pérdida da como resultado un nivel global más bajo de ARNr 5S. [4]

Presencia en ribosomas de orgánulos.

Figura 3: Modelos de estructura secundaria de consenso de 5S rRNA basados ​​en los modelos de covarianza utilizados para buscar genes de 5S rRNA. Modelos para: A) bacterias, arqueas y núcleos eucariotas, B) plastidios y C) mitocondrias. Las letras y círculos del código IUPAC indican nucleótidos conservados y posiciones con identidad de nucleótidos variable, respectivamente. Las sustituciones conservadas y covariantes en pares de bases canónicos (Watson-Crick) están sombreadas.

Los mecanismos de traducción de las mitocondrias y los plastidios (orgánulos de origen bacteriano endosimbiótico) y sus parientes bacterianos comparten muchas características pero también muestran marcadas diferencias. Los genomas de orgánulos codifican ARNr SSU y LSU sin excepción, pero la distribución de los genes ARNr 5S ( rrn5 ) es muy desigual. Rrn5 se identifica fácilmente y es común en los genomas de la mayoría de los plastidios. Por el contrario, el rrn5 mitocondrial inicialmente parecía estar restringido a plantas y a un pequeño número de protistas. [22] [23] Los ARNr 5S organellares adicionales y más divergentes solo se identificaron con modelos de covarianza especializados que incorporan información sobre el pronunciado sesgo de composición de secuencia y la variación estructural. [24] Este análisis identificó genes de ARNr 5S adicionales no solo en los genomas mitocondriales de la mayoría de los linajes de protistas , sino también en los genomas de ciertos apicoplastos (plastidios no fotosintéticos de protozoos patógenos como Toxoplasma gondii y Eimeria tenella ).

Figura 4: Comparación de los modelos de estructura secundaria convencional y permutada de 5S rRNA.

Los ARNr 5S mitocondriales de la mayoría de los estramenopilos comprenden la mayor diversidad de estructuras secundarias. [24] Los ARNr 5S mitocondriales permutados en las algas pardas representan el caso menos convencional, donde la hélice de cierre I, que de otro modo une los extremos 5' y 3' de la molécula, se reemplaza por una horquilla (cerrada) que da como resultado un triple abierto. cruce de caminos.

La evidencia actual indica que el ADN mitocondrial de sólo unos pocos grupos, en particular animales , hongos , alveolados y euglenozoos, carece del gen. [24] La protuberancia central, que de otro modo estaría ocupada por el ARNr 5S y sus proteínas asociadas (ver Figura 2 ), fue remodelada de varias maneras. En los ribosomas mitocondriales de los hongos, el ARNr 5S se reemplaza por secuencias de expansión de ARNr LSU. [25] En los cinetoplastidos (euglenozoos), la protuberancia central está formada enteramente por proteínas ribosomales mitocondriales evolutivamente novedosas. [26] Por último, los ribosomas mitocondriales animales han cooptado un ARNt mitocondrial específico (Val en los vertebrados) para sustituir el ARNr 5S faltante. [27] [28]

Ver también

Referencias

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