Los intrones del grupo I son grandes ribozimas que se autoempalman . Catalizan su propia escisión a partir de precursores de ARNm , ARNt y ARNr en una amplia gama de organismos. [1] [2] [3] La estructura secundaria central consta de nueve regiones emparejadas (P1-P9). [4] Estos se pliegan esencialmente en dos dominios : el dominio P4-P6 (formado a partir del apilamiento de hélices P5, P4, P6 y P6a) y el dominio P3-P9 (formado a partir de las hélices P8, P3, P7 y P9). [2] El marcado de la estructura secundaria para esta familia representa solo este núcleo conservado. Los intrones del grupo I suelen tener largos marcos de lectura abiertos insertados en regiones de bucle .
Catálisis
El empalme de los intrones del grupo I se procesa mediante dos reacciones de transesterificación secuenciales . [3] La guanosina exógena o el nucleótido de guanosina ( exoG ) primero se acopla al sitio de unión a G activo ubicado en P7, y su 3'-OH se alinea para atacar el enlace fosfodiéster en el sitio de empalme 5' ubicado en P1, lo que resulta en un grupo 3'-OH libre en el exón aguas arriba y el exoG unido al extremo 5' del intrón. Luego, el terminal G (omega G) del intrón intercambia el exoG y ocupa el sitio de unión de G para organizar la segunda reacción de transferencia de éster: el grupo 3'-OH del exón aguas arriba en P1 se alinea para atacar el empalme 3'. sitio en P10, lo que lleva a la ligación de los exones adyacentes aguas arriba y aguas abajo y la liberación del intrón catalítico.
Se propuso que los intrones de los grupos I y II utilizaran el mecanismo de dos iones metálicos observado en las proteínas polimerasas y fosfatasas para procesar las reacciones de transferencia de fosforilo, [5] lo cual fue probado inequívocamente mediante una estructura de alta resolución del intrón del grupo I de Azoarcus . en 2006. [6]
Una representación 3D del intrón catalítico del Grupo I. Esta vista muestra el sitio activo en la estructura cristalina de la ribozima de Tetrahymena . [7]Una representación 3D del intrón catalítico del Grupo I. Esta es la estructura cristalina de un complejo de producto-ribozima del grupo I del fago Twort. [8]Una representación 3D del intrón catalítico del Grupo I. Esta es la estructura de la ribozima de Tetrahymena con un triple sándwich de base y un ion metálico en el sitio activo. [9]
Plegado de intrones
Desde principios de la década de 1990, los científicos comenzaron a estudiar cómo el intrón del grupo I logra su estructura nativa in vitro , y hasta ahora se han apreciado algunos mecanismos de plegamiento del ARN. [10] Se acuerda que la estructura terciaria se pliega después de la formación de la estructura secundaria. Durante el plegamiento, las moléculas de ARN se pueblan rápidamente en diferentes intermediarios de plegamiento, los intermediarios que contienen interacciones nativas se pliegan aún más en la estructura nativa a través de una vía de plegado rápido, mientras que aquellos que contienen interacciones no nativas quedan atrapados en conformaciones no nativas metaestables o estables, y el proceso de conversión a la estructura nativa ocurre muy lentamente. Es evidente que los intrones del grupo I que difieren en el conjunto de elementos periféricos muestran diferentes potenciales para ingresar a la vía de plegamiento rápido. Mientras tanto, el montaje cooperativo de la estructura terciaria es importante para el plegamiento de la estructura nativa. Sin embargo, el plegamiento de intrones del grupo I in vitro enfrenta desafíos tanto termodinámicos como cinéticos . Se ha demostrado que algunas proteínas de unión a ARN y chaperonas promueven el plegamiento de intrones del grupo I in vitro y en bacterias estabilizando los intermedios nativos y desestabilizando las estructuras no nativas, respectivamente.
Distribución, filogenia y movilidad.
Los intrones del grupo I se distribuyen en bacterias, eucariotas inferiores y plantas superiores. Sin embargo, su aparición en bacterias parece ser más esporádica que en eucariotas inferiores y se ha vuelto frecuente en plantas superiores. Los genes que interrumpen los intrones del grupo I difieren significativamente: interrumpen genes de ARNr , ARNm y ARNt
en genomas bacterianos, así como en genomas mitocondriales y de cloroplastos
de eucariotas inferiores, pero solo invaden genes de ARNr en el genoma nuclear de eucariotas inferiores. En las plantas superiores, estos intrones parecen estar restringidos a unos pocos genes de ARNt y ARNm de los cloroplastos y las mitocondrias.
Los intrones del grupo I también se encuentran insertados en genes de una amplia variedad de bacteriófagos de bacterias Gram positivas . [11] Sin embargo, su distribución en los fagos de las bacterias Gram-negativas se limita principalmente a los bacteriófagos T4 , T-even y T7-like . [11] [12] [13] [14]
Tanto la teoría del intrón temprano como la del intrón tardío han encontrado evidencias para explicar el origen de los intrones del grupo I. Algunos intrones del grupo I codifican la endonucleasa homing (HEG), que cataliza la movilidad de los intrones. Se propone que los HEG muevan el intrón de un lugar a otro, de un organismo a otro y, por tanto, expliquen la amplia difusión de los intrones egoístas del grupo I. Hasta ahora no se ha identificado ninguna función biológica para los intrones del grupo I, excepto la de separarse del precursor para evitar la muerte del huésped en el que viven. También se ha descubierto que un pequeño número de intrones del grupo I codifican una clase de proteínas llamadas madurasas que facilitan el empalme de intrones .
Riboswitch cíclico di-GMP-II , donde hay un ejemplo de un riboswitch que actúa junto con un intrón del grupo I para regular la expresión de un gen.
Referencias
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Otras lecturas
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