La región 5' no traducida (también conocida como 5' UTR , secuencia líder , líder de transcripción o ARN líder ) es la región de un ARN mensajero (ARNm) que está directamente aguas arriba del codón de iniciación . Esta región es importante para la regulación de la traducción de una transcripción mediante diferentes mecanismos en virus , procariotas y eucariotas . Aunque se denomina no traducida, la 5′UTR o una porción de ella a veces se traduce en un producto proteico . Este producto puede entonces regular la traducción de la secuencia codificante principal del ARNm. Sin embargo, en muchos organismos, la 5′UTR no está traducida en absoluto y, en cambio, forma una estructura secundaria compleja para regular la traducción.
Se ha descubierto que la 5' UTR interactúa con proteínas relacionadas con el metabolismo, y las proteínas traducen secuencias [ aclaración necesaria ] dentro de la 5' UTR. Además, esta región ha estado implicada en la regulación de la transcripción , como en el gen letal sexual en Drosophila . [1] Los elementos reguladores dentro de las 5′UTR también se han relacionado con la exportación de ARNm. [2]
La UTR 5' comienza en el sitio de inicio de la transcripción y termina un nucleótido (nt) antes de la secuencia de inicio (generalmente AUG) de la región codificante. En procariotas, la longitud de la UTR 5 ′ tiende a ser de 3 a 10 nucleótidos, mientras que en eucariotas tiende a tener entre 100 y varios miles de nucleótidos. [3] Por ejemplo, la transcripción ste11 en Schizosaccharomyces pombe tiene una UTR 5' de 2273 nucleótidos [4] mientras que el operón lac en Escherichia coli solo tiene siete nucleótidos en su UTR 5'. [5] Los diferentes tamaños probablemente se deban a la complejidad de la regulación eucariota que sostiene la 5′UTR, así como al complejo de preiniciación más grande que debe formarse para comenzar la traducción.
La 5′UTR también puede faltar por completo en el caso de ARNm sin líder . Los ribosomas de los tres dominios de la vida aceptan y traducen dichos ARNm. [6] Estas secuencias se encuentran naturalmente en los tres dominios de la vida. Los seres humanos tienen muchos genes relacionados con la presión bajo un líder de 2 a 3 nucleótidos. Los mamíferos también tienen otros tipos de líderes ultracortos como la secuencia TISU. [7]
Los elementos de una 5' UTR eucariótica y procariótica difieren mucho. La UTR 5' procariótica contiene un sitio de unión a ribosomas (RBS), también conocido como secuencia Shine-Dalgarno (AGGAGGU), que suele estar entre 3 y 10 pares de bases aguas arriba del codón de iniciación. [5] Por el contrario, la UTR 5' eucariótica contiene la secuencia consenso de Kozak (ACCAUGG), que contiene el codón de iniciación. [5] La 5' UTR eucariótica también contiene elementos reguladores que actúan en cis llamados marcos de lectura abiertos ascendentes (uORF) y AUG ascendentes (uAUG) y codones de terminación, que tienen un gran impacto en la regulación de la traducción (ver más abajo). A diferencia de los procariotas, las 5′UTR pueden albergar intrones en los eucariotas. En los seres humanos, aproximadamente el 35 % de todos los genes albergan intrones dentro de la UTR 5′. [8]
Como la 5′UTR tiene un alto contenido de GC , a menudo se producen estructuras secundarias en su interior. Los bucles de horquilla son una de esas estructuras secundarias que se pueden ubicar dentro de la UTR de 5 ′. Estas estructuras secundarias también impactan la regulación de la traducción . [9]
En las bacterias , el inicio de la traducción se produce cuando IF-3 , junto con la subunidad ribosomal 30S , se unen a la secuencia Shine-Dalgarno (SD) de la 5′UTR. [5] Esto luego recluta muchas otras proteínas, como la subunidad ribosómica 50S , que permite que comience la traducción. Cada uno de estos pasos regula el inicio de la traducción.
La iniciación en Archaea se comprende menos. Las secuencias SD son mucho más raras y los factores de iniciación tienen más en común con los eucariotas. No existe ningún homólogo del IF3 bacteriano. [10] Algunos ARNm no tienen líder. [11]
En ambos dominios, los genes sin secuencias de Shine-Dalgarno también se traducen de una manera menos comprendida. Un requisito parece ser la falta de una estructura secundaria cerca del codón de iniciación. [12]
La regulación de la traducción en eucariotas es más compleja que en procariotas. Inicialmente, el complejo eIF4F se recluta en la tapa 5' , que a su vez recluta el complejo ribosomal en la UTR 5'. Tanto eIF4E como eIF4G se unen a la 5 'UTR, lo que limita la velocidad a la que puede ocurrir el inicio de la traducción. Sin embargo, este no es el único paso regulatorio de la traducción que involucra la 5′UTR.
Las proteínas de unión a ARN a veces sirven para impedir la formación del complejo de preiniciación. Un ejemplo es la regulación del gen msl2 . La proteína SXL se une a un segmento de intrón ubicado dentro del segmento 5'UTR del transcrito primario, lo que conduce a la inclusión del intrón después del procesamiento. [13] Esta secuencia permite el reclutamiento de proteínas que se unen simultáneamente a la UTR 5' y 3' , no permitiendo que se ensamblen las proteínas de traducción. Sin embargo, también se ha observado que SXL también puede reprimir la traducción de ARN que no contienen una cola poli(A) , o más generalmente, 3'UTR.
Otro regulador importante de la traducción es la interacción entre 3' UTR y 5' UTR.
La estructura de circuito cerrado inhibe la traducción. Esto se ha observado en Xenopus laevis , en el que eIF4E unido a la tapa 5' interactúa con Maskin unido a CPEB en la UTR 3', creando transcripciones traduccionalmente inactivas . Esta inhibición traduccional se levanta una vez que se fosforila CPEB , desplazando el sitio de unión de Maskin, lo que permite la polimerización de la cola PolyA, que puede reclutar la maquinaria traduccional por medio de PABP . [14] Sin embargo, es importante señalar que este mecanismo ha sido objeto de un gran escrutinio. [15]
Los niveles de hierro en las células se mantienen mediante la regulación de la traducción de muchas proteínas implicadas en el almacenamiento y el metabolismo del hierro. La 5 'UTR tiene la capacidad de formar una estructura secundaria en forma de horquilla (conocida como elemento de respuesta al hierro o IRE) que es reconocida por las proteínas reguladoras del hierro (IRP1 e IRP2). En niveles bajos de hierro, el ORF del ARNm objetivo se bloquea como resultado del impedimento estérico de la unión de IRP1 e IRP2 al IRE. Cuando el hierro es alto, las dos proteínas reguladoras del hierro no se unen con tanta fuerza y permiten que se expresen proteínas que tienen un papel en el control de la concentración de hierro. Esta función ha ganado cierto interés después de que se reveló que la traducción de la proteína precursora de amiloide puede verse alterada debido a un polimorfismo de un solo nucleótido en el IRE encontrado en la 5′UTR de su ARNm , lo que conduce a un mayor riesgo espontáneo de enfermedad de Alzheimer . [dieciséis]
Otra forma de regulación traslacional en eucariotas proviene de elementos únicos en la UTR 5 ′ llamados marcos de lectura abiertos ascendentes (uORF). Estos elementos son bastante comunes y se encuentran en entre el 35% y el 49% de todos los genes humanos. [17] Un uORF es una secuencia codificante ubicada en la UTR 5' ubicada aguas arriba del sitio de iniciación de las secuencias codificantes. Estos uORF contienen su propio codón de iniciación, conocido como AUG aguas arriba (uAUG). Los ribosomas pueden escanear este codón y luego traducirlo para crear un producto, [18] que puede regular la traducción de la secuencia codificante de la proteína principal u otros uORF que puedan existir en la misma transcripción.
La traducción de la proteína dentro del ORF principal después de que se ha traducido una secuencia de uORF se conoce como reiniciación. [19] Se sabe que el proceso de reiniciación reduce la traducción de la proteína ORF. El control de la regulación de las proteínas está determinado por la distancia entre el uORF y el primer codón del ORF principal. [19] Se ha descubierto que un uORF aumenta la reiniciación con la distancia más larga entre su uAUG y el codón de inicio del ORF principal, lo que indica que el ribosoma necesita readquirir factores de traducción antes de poder llevar a cabo la traducción de la proteína principal. [19] Por ejemplo, la regulación de ATF4 se realiza mediante dos uORF aguas arriba, denominados uORF1 y uORF2, que contienen tres aminoácidos y cincuenta y nueve aminoácidos, respectivamente. La ubicación de uORF2 se superpone con la ORF de ATF4 . En condiciones normales, se traduce uORF1 y luego la traducción de uORF2 se produce sólo después de que se ha vuelto a adquirir eIF2 -TC. La traducción del uORF2 requiere que los ribosomas pasen por el ORF ATF4 , cuyo codón de inicio se encuentra dentro de uORF2. Esto lleva a su represión. Sin embargo, durante condiciones de estrés, el ribosoma 40S pasará por alto uORF2 debido a una disminución en la concentración de eIF2-TC, lo que significa que el ribosoma no adquiere uno a tiempo para traducir uORF2. En cambio, se traduce ATF4 . [19]
Además del reinicio, los uORF contribuyen al inicio de la traducción basándose en:
Las 5'UTR virales (así como algunas eucariotas) contienen sitios de entrada de ribosomas internos , que es un método de activación traduccional independiente de la tapa. En lugar de formar un complejo en la tapa 5', el IRES permite la unión directa de los complejos ribosómicos a la transcripción para comenzar la traducción. [20] El IRES permite que la transcripción viral se traduzca de manera más eficiente debido a la falta de necesidad de un complejo de preiniciación, lo que permite que el virus se replique rápidamente. [5]
La transcripción de la transcripción msl-2 está regulada por múltiples sitios de unión para la mosca Sxl en la UTR 5'. [1] En particular, estos sitios de poliuracilo están ubicados cerca de un pequeño intrón que se empalma en los machos, pero se mantiene en las hembras mediante la inhibición del empalme. Esta inhibición de empalme es mantenida por Sxl . [1] Cuando esté presente, Sxl reprimirá la traducción de msl2 aumentando la traducción de un codón de inicio ubicado en un uORF en la UTR 5' (consulte más arriba para obtener más información sobre los uORF). Además, Sxl supera a TIA-1 en una región poli(U) y evita el reclutamiento de snRNP (un paso en el empalme alternativo ) en el sitio de empalme 5'. [1]
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