El elemento ARN sensible al magnesio , que no debe confundirse con el riboswitch M-box completamente distinto , es un elemento regulador cis que regula la expresión de la proteína transportadora de magnesio MgtA . Está situado en la UTR 5' de este gen. [1] El mecanismo de la potencial capacidad de detección de magnesio de este ARN aún no está claro, aunque un informe reciente sugiere que el elemento de ARN se dirige a la transcripción mgtA para su degradación por la RNasa E cuando las células se cultivan en entornos con alto contenido de Mg 2+ . [2]
El término ribointerruptores se refiere a un grupo colectivo de elementos reguladores en cis que se encuentran principalmente en las regiones no traducidas de los ARN mensajeros . El propósito de estas moléculas es que tienen la capacidad de regular la expresión génica mediante la asociación con diferentes metabolitos y, como tales, no requieren asistencia de diversos factores proteicos. [3] Estos tipos específicos de ARN pueden tener estructuras y funciones individualizadas, pero en su mayor parte, tienen ciertas características y funciones que permanecen conservadas.
La estructura fundamental de un riboswitch consta de dos elementos estructurales que permanecen altamente conservados en la mayoría de estos tipos de ARN. Estos dos elementos son el aptámero y la plataforma de expresión. La función principal del aptámero es detectar la presencia de un ligando específico, mientras que la plataforma de expresión es más importante para controlar la expresión génica de diversas formas. [3] Más específicamente, en un riboswitch bacteriano, se observa que la plataforma de expresión generalmente se encuentra aguas abajo del aptámero . Como resultado, esto permite que la plataforma de expresión pueda evaluar el grado de unión que se produce entre el ligando y el ARN para que pueda funcionar de una manera que confiera una regulación y expresión genética adecuadas. [3] Sin embargo, esta propiedad de las plataformas de expresión de manipular su propia estructura terciaria para garantizar la expresión genética adecuada es lo que permite la alteración de estas regiones conservadas que no se ve en la porción de aptámero del riboswitch. La región del aptámero tiende a mantener tanto sus secuencias como sus estructuras debido al hecho de que solo hay cuatro monómeros que los ARN utilizan para formar el bolsillo de unión que servirá como sitio de unión para un metabolito específico. [3] Esto difiere de la plataforma de expresión porque la estructura, y posiblemente la secuencia, contenida dentro de esta región del riboswitch tiene la capacidad de participar en estructuras de plegado alternativas que pueden contribuir a la eficiencia en la que se expresan los genes. [3] Por lo tanto, esto justifica la observación de que la plataforma de expresión tiende a estar menos conservada evolutivamente que la región del aptámero.
La divergencia evolutiva de la plataforma de expresión de esta vía conservada tiene numerosas implicaciones en las diversas funciones que muestran los diferentes riboswitches. Dichas funciones pueden incluir terminación de la transcripción , inicio de la traducción, mecanismos de empalme eucariótico, interferencia de la transcripción, autoescisión y muchas más. [3] De estas funciones, la función más común en la que participan los riboswitches simples es la regulación de la terminación de la transcripción . [3] Para modular este proceso, un riboswitch bacteriano ayudará en el desarrollo de una estructura fuerte similar a un tallo seguida de una serie de residuos de uridina. El propósito de esta estructura y secuencia es facilitar la aparición de un terminador de transcripción intrínseco. Durante la transcripción, la ARN polimerasa encontrará este terminador intrínseco y provocará que esta proteína transcripcional se detenga brevemente antes de liberar la plantilla de ADN y el nuevo producto de ARN. [3] No obstante, aunque existen varios tipos de riboswitches con diversas estructuras y funciones, el resto de este artículo analizará el elemento de ARN sensible al magnesio y su respectiva estructura y función.
Un tipo específico de riboswitch bacteriano que desempeña un papel importante en el mantenimiento de la homeostasis del magnesio se conoce como elemento de ARN sensible al magnesio. Este riboswith se encuentra en la región 5' no traducida del gen mgtA que consta de 264 nucleótidos . [4]
Al igual que otros ribointerruptores generales, la modulación de la expresión genética mediante la unión de ligandos sigue vigente. Sin embargo, lo que hace que este elemento regulador cis sea único es el hecho de que comparte una relación distinta con el ARN a través de su ion magnesio cargado positivamente que sirve como ligando. [5] La función estructural de este ion divalente implica la estabilización de pliegues complejos de ARN que se observan en la estructura terciaria de una molécula de ARN. Sin la presencia del ion magnesio, el plegamiento de las moléculas de ARN que se utiliza para formar un bolsillo de unión de ligando adecuado no sería posible ya que la repulsión de carga debido a la cadena principal de ARN rica en fosfato cargada negativamente impediría que este sitio se forme. . [5]
Además, estudios recientes han descrito que el elemento de ARN sensible al magnesio tiene dos funciones muy distintas. La primera función que se ha caracterizado para esta molécula es su capacidad para servir como sensor de magnesio. Lo que esto significa es que en momentos en que la concentración de magnesio es baja en las células, este riboswitch alterará su conformación de tal forma que favorezca el alargamiento de la transcripción. [5] Por otro lado, cuando la concentración de magnesio es alta en las células, el riboswitch volverá a sufrir un cambio conformacional. Sin embargo, esta vez el cambio de conformación dará como resultado la inactivación transcripcional de genes posteriores . [5] Estos cambios en la conformación dan como resultado la formación de un pseudonudo debido al mecanismo en el que el elemento ARN interactúa con los iones de magnesio. [6] La implicación de esta forma de regulación dependiente de la concentración de magnesio tiene como objetivo mantener un nivel estable de magnesio dentro de las células, lo cual es consistente con la teoría de la acción de masas . [7] Sin embargo, es importante señalar que el mecanismo real por el cual el elemento de ARN sensible al magnesio tiene la capacidad de realizar una regulación transcripcional aún no se comprende claramente. Sin embargo, un informe reciente sugiere que existe la posibilidad de que el elemento de ARN sensible al magnesio tenga la capacidad de apuntar al transcrito mgtA para su degradación por la RNasa E. [8] Esto sólo se aplicaría en condiciones en las que las células crecen con un alto contenido de magnesio. condiciones de iones [8] La otra función que se ha sugerido recientemente para este tipo específico de riboswitch es su participación en el proceso de degradación del ARNm. Se ha observado que nuevamente parece haber una respuesta dependiente de la concentración de magnesio. [5] Sin embargo, en este caso, esta respuesta hace que la región 5'-UTR de mgtA sea el objetivo de la degradación. [5]
Además, es importante tener en cuenta que, aunque el elemento de ARN sensible al magnesio parece similar al riboswitch M-box en función de su estructura y función, no son lo mismo. La forma en que ambos riboswitch M-box pueden parecer similares al elemento de ARN sensible al magnesio es en las estructuras de sus respectivos aptámeros . [5] Se ha descubierto que el riboswitch M-box contiene un ARN metalorregulador similar en estructura y función al elemento de ARN sensible al magnesio. [5] De manera similar, este riboswitch también tiene la capacidad de participar en la regulación transcripcional y traduccional. [9] Por ejemplo, la versión del riboswitch M-box que se encuentra en el microorganismo B. subtilis tiene la capacidad de desactivar la expresión de genes posteriores de una manera dependiente de la concentración de magnesio. [5] Sin embargo, lo que distingue al elemento de ARN sensible al magnesio de este tipo de riboswitch es el hecho de que muestran diferentes patrones de distribución en relación con los genes que regulan transcripcionalmente. [5] A diferencia de la clase de riboswitch mgtA que regula genes aguas abajo de sí misma, la clase de riboswitch M-box se encuentra en cambio aguas arriba de los genes que regula, que incluyen genes que codifican transportadores de magnesio y otras proteínas diversas, como la superficie celular de Mycobacterium. Proteínas y proteínas de división celular. [5]
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