La ribonucleasa E es una ribonucleasa bacteriana que participa en el procesamiento del ARN ribosómico (ARNr 9S a 5S) y en la degradación química del ARN celular en masa.
Se ha sugerido que la ARNasa E forma parte del complejo proteico de la membrana celular, ya que sedimenta con los ribosomas y las membranas crudas. La microscopía ha localizado la ARNasa E marcada en la membrana citoplasmática interna o en una estructura helicoidal del citoesqueleto estrechamente asociada con la capa interna.
Esta enzima contiene 1.061 residuos y se separa en dos regiones funcionales distintas, que son un dominio grande ubicado en el extremo N-terminal 5' y un dominio pequeño ubicado en el extremo C-terminal 3'. [1] Mientras que la mitad N-terminal forma un dominio catalítico, la mitad C-terminal forma un dominio de andamiaje de degradosomas [2] . Un bolsillo de unión de metales los separa en el medio de la estructura de la proteína ARNasa E. [3] Aunque la formación de degradosomas no juega un papel clave para el crecimiento de E. coli, [4] [5] [6] se ha descubierto que la eliminación de la mitad C-terminal disminuye la tasa de descomposición de algunos sustratos de ARNasa E. [7] [8]
La ribonucleasa E funciona en conformación tetramérica, que contiene cuatro subunidades asociadas entre sí para crear una estructura que parece dos tijeras conectadas en la región del mango. La hoja de la tijera está hecha de un dominio grande y el mango está hecho del dominio pequeño. En el sitio catalítico del dominio grande, hay cuatro subdominios que incluyen un subdominio de RNasa H, un subdominio de DNasa I, un subdominio S1 y una región de detección 5'. Estas cuatro subunidades se dividen en función de su función y similitud con los pliegues estructurales homólogos. La RNasa H se encuentra al comienzo del N-terminal y recibe su nombre de la familia de endorribonucleasas RNasa H, ya que comparten una estructura similar; sin embargo, la RNasa H cumple una función estructural en lugar de una función catalítica porque carece de un residuo de sitio activo. [9] [10] A continuación, el subdominio S1 y la región de detección 5' se implantan en el pliegue de RNasa H. El dominio S1 de la ARNasa E adopta un pliegue OB en el que los bucles flexibles están unidos a un núcleo de barril β de cinco cadenas bien ordenado. [11] En la ribonucleasa E, el dominio S1 no solo ayuda en la formación de la estructura cuaternaria tetramérica por dimerización, sino que también sirve como un sitio de unión al sustrato para facilitar la hidrólisis del ARN por los dominios catalíticos dentro de esta enzima tetramérica. [12] [11] Con el subdominio S1, la región de detección 5' funciona como un sitio de unión al sustrato que ayuda a estabilizar la molécula de ARN objetivo en una subunidad para que la otra subunidad dentro de un dímero pueda escindir el ARN de interés. [11] La región de detección 5' ubicada a una distancia del sitio catalítico, que reside en el subdominio de la ADNasa I. El último subdominio del sitio catalítico de la ARNasa E es la ADNasa I, que recibe su nombre por su similitud conformacional con una estructura de endonucleasa que corta el ADN de doble cadena. [9] En la ribonucleasa E, el subdominio de la ADNasa I se autocomplementa para dominar la interfaz del dímero. [10] [11] Además, hay dos sitios de unión de iones de magnesio que median la escisión por ataque hidrolítico de la cadena principal del ARN y dos sitios de unión de iones de zinc que ayudan a estabilizar un dímero formado por dos subunidades. [3]
La endorribonucleasa E de Escherichia coli tiene una influencia significativa en la expresión génica. No solo es esencial para la maduración del ARN ribosómico (ARNr) y del ARN de transferencia (ARNt), sino también para la rápida degradación del ARN mensajero [13] (ARNm) mediante la reacción de hidrólisis .
En la maduración del precursor del ARNr , los sustratos para el procesamiento no son ARN desnudos sino complejos de proteína ribosomal pre-ARNr algo incompletos y no modificados. Tanto los ARNr pre- 16S como los pre -23S son escindidos del complejo ARN-proteína primario por la ARNasa III , que activa los pasos posteriores en la maduración del ARNr generando productos de escisión monofosforilados 5'. La ARNasa E acorta aún más el precursor 17S del ARNr 16S . Esta acción ayuda a facilitar la maduración 5' del ARNr por la ARNasa G [14] y realiza dos escisiones para escindir el ARNr pre-5S. En el caso de los ARNt , aproximadamente 50 de las 86 especies de ARNt en E. coli requieren ARNasa E. La ribonucleasa E escinde los transcritos primarios que contienen ARNt en el extremo 3' de los ARNt. Estas escisiones sirven para separar los precursores de ARNt individuales y para separar los ARNt de los ARNm o secuencias terminadoras. La función principal de la ribonucleasa E es escindir en un sitio más allá del extremo 3' maduro para permitir el acceso de las exonucleasas 3'. [15] [16]
En la degradación del ARNm, la ribonucleasa E reconoce y escinde el ARN monocatenario en regiones ricas en A y U. [9] El dominio catalítico de la ARNasa E se une selectivamente a los extremos del ARN monofosfato 5', pero tiene un modo de escisión en la dirección 3' a 5'. La ARNasa E puede identificar sitios de escisión mediante un mecanismo de escaneo de 3' a 5'. [17] El anclaje de la ARNasa E al extremo 5'-monofosforilado de estos sustratos orienta la enzima para escisiones direccionales que ocurren en un modo procesivo. En ausencia de ARN, el subdominio S1 y el sitio de detección 5' de la ARNasa E están expuestos al solvente circundante, lo que permite que el ARN se una fácilmente. En presencia de ARN, el ARN objetivo se une al subdominio S1 combinado y al sensor 5' en la configuración abierta. El ARN se ancla principalmente por la afinidad de unión del sensor 5' y se orienta por el parche de superficie hidrofóbica en el subdominio S1. Mientras que el subdominio S1 actúa para orientar la molécula, el bolsillo sensor 5' probablemente contribuye con una porción significativa de la afinidad de unión al sustrato. Estos dos sitios sostienen el ARN mientras que el subdominio de fusión 5/S1 se mueve como un solo complejo hacia la configuración cerrada. Lleva el sustrato a la proximidad del sitio catalítico donde un grupo hidroxilo ataca la cadena principal de fosfato mediante una reacción de ataque nucleofílico . Esta respuesta está mediada por el ion magnesio. Cuando el ARN de interés se escinde, los productos de la reacción se liberan finalmente a medida que la ARNasa E vuelve a la configuración abierta. Además, la ARNasa E puede autorregularse mediante lo cual el ARNm de la ribonucleasa E sirve como un sensor para la actividad total de la ARNasa E celular y, por lo tanto, limita la actividad de la ARNasa E debido a la disponibilidad de sustratos y cambios en la tasa de crecimiento. [2]
Con base en la alineación de secuencias de diferentes bacterias correlacionadas con la ribonucleasa E de Escherichia coli , parece que alrededor del 70% de las secuencias están altamente conservadas al principio de las secuencias y pobremente conservadas hacia el final de las secuencias. Al comparar las secuencias de los otros cinco organismos con la secuencia de la ribonucleasa E, parece que la mayoría de las secuencias comparten los mismos residuos en el N-terminal ya que el miembro de la familia de la ribonucleasa E/G tiene la misma función hidrolizante. [10] En otras palabras, el gran dominio catalítico del miembro de la familia de la ribonucleasa E/G es casi el mismo. Por el contrario, el pequeño dominio estructural, que se encuentra en el C-terminal , varía para diferentes organismos ya que el pequeño dominio contiene una secuencia estructural que sirve como andamiaje para otras enzimas. [3] [10] Por ejemplo, la ribonucleasa E que está en Cedecea davisae proviene del gen S3JYP0. [18] Al observar la estructura de la ribonucleasa E en Cedecea davisae , el dominio catalítico contiene el motivo S1 ubicado en el residuo 31-119 de la secuencia y un sitio de unión de metal ubicado en el residuo 404-407 de las secuencias que son la misma posición que el dominio S1 y el dominio de unión de metal en la ARNasa E de Escherichia coli . [18]
Familia de proteínas de las ribonucleasas (RNasas) que participan principalmente en el metabolismo del ARN y desempeñan funciones esenciales en la maduración del ARN, la renovación de los extremos del ARN y la degradación de ARN aberrantes o especies caducadas en la célula. [19] Se clasifican en exorribonucleasas y endorribonucleasas según sus actividades degradativas. La ribonucleasa E (RNasa E) se descubrió inicialmente como una endorribonucleasa de la cepa K12 de Escherichia coli . Según el análisis de la secuencia de ADN, se predijo que existían ortólogos de la RNasa E de E. coli entre docenas de especies bacterianas evolutivamente diferentes. En E. coli, la enzima ribonucleasa E desempeña un papel esencial en el control de la viabilidad celular al regular el metabolismo del ARN, como la descomposición de la mayoría de los ARNm y activa el procesamiento de los pre-ARNt. [20] Además de la función degradativa, la ARNasa E es necesaria para la maduración de los precursores del ARN ribosómico 5S , los ARNt y el componente ARN M1 de la ribozima ARNasa P. [20] [3]
