El riboswitch FMN (también conocido como elemento RFN ) es un elemento de ARN altamente conservado que se produce de forma natural y se encuentra con frecuencia en las regiones 5' no traducidas de los ARNm procariotas que codifican la biosíntesis del mononucleótido de flavina (FMN) y las proteínas de transporte. [1] [2] Este elemento es un riboswitch dependiente de metabolitos que se une directamente a FMN en ausencia de proteínas, lo que le da la capacidad de regular la expresión de ARN respondiendo a los cambios en la concentración de FMN . [3] En Bacillus subtilis , estudios previos han demostrado que esta bacteria utiliza al menos dos riboswitches FMN, donde uno controla el inicio de la traducción y el otro controla la terminación prematura de la transcripción . [4] Con respecto al segundo riboswitch en Bacilius subtilis , la terminación prematura de la transcripción ocurre dentro de la región 5' no traducida del operón ribDEAHT, lo que impide el acceso al sitio de unión al ribosoma del ARNm ypaA. [3] [5] Los riboswitches FMN también tienen varios iones de magnesio y potasio dispersos por toda la estructura del nucleótido, algunos de los cuales participan en la unión de FMN . [6]
En la bacteria Fusobacterium nucleatum , se ha estudiado la unión de FMN . El riboswitch de FMN es capaz de unirse selectivamente a la molécula de FMN debido a varios residuos de ácido nucleico distintos, así como a algunos de los iones de magnesio presentes en la estructura general del riboswitch. El sistema de anillo de isoaloxazina planar de FMN se intercala entre los residuos A48 y A85 en el riboswitch, proporcionando así una alineación de apilamiento continua. Además, el borde similar al uracilo del sistema de anillo forma enlaces de hidrógeno específicos similares a Watson-Crick con un residuo A99 altamente conservado en el riboswitch. [6] Una fracción estructural adicional de FMN , el grupo ribitilo , utiliza uno de sus cuatro oxígenos para la unión de hidrógeno , mientras que los oxígenos de fosfato forman enlaces de hidrógeno adicionales con los bordes de Watson-Crick de varias guaninas conservadas . [7] La interacción entre el fosfato de FMN y el ARN también está unida por un ion magnesio , que coordina directamente el oxígeno del fosfato de FMN y un residuo G33, y forma varios contactos mediados por agua con los nucleótidos vecinos. [6]
La función del riboswitch FMN es doble; primero, los riboswitches contienen un componente de aptámero , que permite que esta molécula de ARN se una a su molécula objetivo, FMN , lo que resulta en una serie de cambios conformacionales . Estos cambios conformacionales ocurren entre los estados unido y no unido, y dependen de la presencia o ausencia de FMN . Investigaciones anteriores han propuesto que este riboswitch opera formando un tallo terminador intrínseco cuando FMN está presente en cantidades suficientes, pero se pliega en una estructura alternativa cuando FMN está ausente. [4] Estudios adicionales realizados en este riboswitch también sugieren que estos cambios conformacionales en la estructura del riboswitch FMN se localizan en regiones de nucleótidos específicas que forman el bolsillo de unión de esta molécula. [8] Estos hallazgos son congruentes con los eventos de unión observados en otros riboswitches y moléculas de ARN. [8] La segunda función del riboswitch FMN es una plataforma de expresión, que inhibe o activa la expresión de los genes asociados con FMN .
Si bien los riboswitches no están presentes en las células eucariotas de mamíferos , sí están presentes en las células procariotas , lo que los convierte en posibles objetivos para el desarrollo de fármacos antibióticos. Los riboswitches FMN presentes en Fusobacterium nucleatum son de especial interés , ya que esta bacteria desempeña un papel en la enfermedad periodontal y otras infecciones humanas, y se considera una de las bacterias más patógenas del género. [6] La plasticidad inherente del bolsillo de unión de FMN y la disponibilidad de grandes aberturas hacen que el riboswitch FMN sea un objetivo atractivo para el diseño basado en la estructura de compuestos antimicrobianos análogos de FMN. [6]