El ARN nuclear pequeño ( snRNA ) es una clase de pequeñas moléculas de ARN que se encuentran dentro de las motas de empalme y los cuerpos de Cajal del núcleo celular en las células eucariotas . La longitud de un snRNA promedio 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 ( ARNhn ) 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 están asociados con un conjunto de proteínas específicas, y los complejos se denominan pequeñas ribonucleoproteínas nucleares ( snRNP , a menudo pronunciadas "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 ARNsn 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 en uridina .
Los snRNA 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 han demostrado que estos ARN tenían un alto contenido de uridilato y se establecieron en el núcleo.
Los snRNA y los pequeños nucleolares RNA (snoRNA) no son lo mismo y ninguno es un subtipo del otro. Ambos son diferentes y pertenecen a una clase de ARN pequeños. 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 (ARNr) y otros genes de ARN (ARNt y ARNsn). Están ubicados en el nucléolo y los cuerpos de Cajal de las células eucariotas (los principales sitios de síntesis de ARN), donde se denominan scaRNA (pequeños ARN específicos del cuerpo de Cajal).
Los snRNA a menudo se dividen en dos clases según las características de secuencia comunes y los factores proteicos asociados, como las proteínas LSm de unión a ARN . [3]
La primera clase, conocida como ARNsn de clase Sm , se estudia más ampliamente y consta de U1, U2, U4, U4atac , U5, U7 , U11 y U12 . "Los ARNsn de clase Sm se transcriben mediante la ARN polimerasa II ". Los pre-snRNA se transcriben y reciben la habitual tapa de cinco primos de 7-metilguanosina en el núcleo . Luego se exportan al citoplasma a través de poros nucleares para su posterior procesamiento. En el citoplasma, el ARNsn recibe un recorte en 3' para formar una estructura de tallo-bucle en 3', así como una hipermetilación de la tapa en 5' para formar trimetilguanosina. [4] La estructura del tallo 3' es necesaria para el reconocimiento por parte de 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 ARNsn ricos en uridina, con excepción de U7, forman el núcleo del espliceosoma . El empalme, o eliminación de intrones , es un aspecto importante de la modificación postranscripcional y tiene lugar únicamente en el núcleo de los eucariotas. Se ha descubierto que el ARNsn U7 funciona en el procesamiento del preARNm de histonas .
La segunda clase, conocida como ARNsn de clase Lsm , consta de U6 y U6atac . Los snRNA de clase Lsm se transcriben mediante 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 3′, que termina en un tramo de uridinas que forman el sitio de unión para un anillo heteroheptamérico distinto de 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 de ARN para garantizar la supervivencia celular. El espliceosoma es un gran complejo proteína-ARN que consta de cinco pequeños ARN nucleares (U1, U2, U4, U5 y U6) y más de 150 proteínas. Los snRNA, junto con sus proteínas asociadas, forman complejos de ribonucleoproteínas (snRNP), que se unen a secuencias específicas en el sustrato pre-mRNA . [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 limitará el hnRNA a la ruta de empalme. [9] Luego, el snRNP U2 se recluta en el 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, el complejo C se se forma y el espliceosoma es activo para la catálisis. [10] En el espliceosoma catalíticamente activo, los snRNA U2 y U6 se pliegan para formar una estructura conservada llamada tríplex 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 de espliceosoma principal, 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 principal. El espliceosoma menor empalma intrones de tipo U12. Los dos tipos de intrones se diferencian 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.
U1 snRNP es el iniciador de la actividad espliceosómica en la célula mediante el emparejamiento de bases con el sitio de empalme 5 'del pre-ARNm. En el espliceosoma principal, los datos experimentales han demostrado que el snRNP U1 está presente en la misma estequiometría que el snRNP U2, U4, U5 y U6. Sin embargo, la abundancia de U1 snRNP en células humanas es mucho mayor que la de 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 de ARNsn U1, los microarrays genómicos mostraron una mayor acumulación de pre-ARNm sin empalmar. [15] Además, se demostró que la eliminación causa escisión prematura y poliadenilación principalmente en intrones ubicados cerca del comienzo de la transcripción. Cuando se eliminaron otros ARNsn basados en uridina, no se observó este efecto. Por lo tanto, se demostró que el emparejamiento de bases U1 snRNA-pre-mRNA protege el pre-mRNA de la poliadenilación, así como de la escisión prematura. Esta protección especial puede explicar la sobreabundancia de ARNsn U1 en la célula.
Mediante el estudio de pequeñas ribonucleoproteínas nucleares (snRNP) y pequeñas nucleolares (sno)RNP hemos podido comprender mejor muchas enfermedades importantes.
Atrofia muscular espinal : las mutaciones en el gen de supervivencia de la neurona motora 1 (SMN1) provocan la degeneración de las neuronas motoras espinales y una atrofia muscular grave. La proteína SMN ensambla snRNP de clase Sm y probablemente también snoRNP y otras RNP. [16] La atrofia muscular espinal afecta hasta 1 de cada 6.000 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 una causa de disqueratosis congénita, un síndrome poco común que se presenta por cambios anormales en la piel, las uñas y las membranas mucosas. Algunos 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, incluida la disquerina , el ARN de la telomerasa y la transcriptasa inversa de la telomerasa . [18]
Síndrome de Prader-Willi : este síndrome afecta hasta a 1 de cada 12.000 personas y se presenta con hambre extrema, problemas cognitivos y de comportamiento, tono muscular deficiente y baja estatura. [19] El síndrome se ha relacionado con la eliminación de una región del cromosoma 15 paterno que no se expresa en el cromosoma materno. Esta región incluye un ARNsn específico del cerebro que se dirige al ARNm del receptor de serotonina -2C.
Meduloblastoma : el ARNsn U1 está mutado en un subconjunto de estos tumores cerebrales y conduce a una alteración del empalme del ARN . [20] Las mutaciones ocurren predominantemente en tumores adultos y se asocian con un mal pronóstico.
En eucariotas , los snRNA contienen una cantidad significativa de modificaciones y pseudouridilaciones de 2′-O-metilación . [21] Estas modificaciones están asociadas con la actividad de snoRNA que modifica canónicamente los rRNA prematuros, pero se han observado en la modificación de otros objetivos de ARN celular, como los snRNA. Finalmente, la oligoadenilación (cola corta de poli(A)) puede determinar el destino de los snRNA (que generalmente no tienen colas de poli(A)) y, por lo tanto, inducir la descomposición de su ARN. [22] Este mecanismo que regula la abundancia de ARNsn está, a su vez, acoplado a un cambio generalizado en el empalme de ARN alternativo.
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: DOI inactivo a partir de enero de 2024 ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: DOI inactivo a partir de enero de 2024 ( enlace )