Un polirribosoma (o polisoma o ergosoma ) es un grupo de ribosomas unidos a una molécula de ARNm como "cuentas" en un "hilo". [1] Consiste en un complejo de una molécula de ARNm y dos o más ribosomas que actúan para traducir las instrucciones del ARNm en polipéptidos . Originalmente denominados "ergosomas" en 1963, fueron caracterizados con más detalle por Jonathan Warner, Paul M. Knopf, [2] y Alex Rich .
Los polisomas se forman durante la fase de elongación, cuando los ribosomas y los factores de elongación sintetizan el polipéptido codificado. Múltiples ribosomas se desplazan a lo largo de la región codificante del ARNm, creando un polisoma. La capacidad de múltiples ribosomas para funcionar en una molécula de ARNm explica la abundancia limitada de ARNm en la célula. [3] La estructura de los polirribosomas difiere entre los polisomas procariotas, los polisomas eucariotas y los polisomas unidos a la membrana. [1] La actividad de los polisomas se puede utilizar para medir el nivel de expresión génica a través de una técnica llamada perfil polisomal. [4]
Las tecnologías de microscopía electrónica, como la tinción, [5] el sombreado de metales [6] y las secciones celulares ultradelgadas fueron los métodos originales para determinar la estructura de los polisomas. El desarrollo de las técnicas de criomicroscopía electrónica ha permitido una mayor resolución de la imagen, lo que ha dado lugar a un método más preciso para determinar la estructura. Las diferentes configuraciones estructurales de los polirribosomas podrían reflejar una variedad en la traducción de los ARNm. Una investigación de la relación de la forma de los polirribosomas reveló que se encontró una gran cantidad de polisomas circulares y en zigzag después de varias rondas de traducción. Un período de traducción más prolongado provocó la formación de polisomas helicoidales tridimensionales densamente empaquetados. [1] Diferentes células producen diferentes estructuras de polisomas.
Se ha descubierto que los polisomas bacterianos forman estructuras de doble fila. En esta conformación, los ribosomas se ponen en contacto entre sí a través de subunidades más pequeñas. Estas estructuras de doble fila generalmente tienen una trayectoria helicoidal tridimensional o “sinusoidal” (en zigzag). En la trayectoria “sinusoidal”, hay dos tipos de contacto entre las subunidades pequeñas: “de arriba hacia arriba” o “de arriba hacia abajo”. En la trayectoria helicoidal tridimensional, solo se observa contacto “de arriba hacia arriba”. [1]
Los polisomas están presentes en las arqueas, pero no se sabe mucho sobre su estructura. [7]
Los estudios in situ (en células) han demostrado que los polisomas eucariotas presentan configuraciones lineales. Se encontraron hélices tridimensionales densamente empaquetadas y polisomas de doble fila plana con empaquetamiento variable que incluía contactos “de arriba a arriba” similares a los polisomas procariotas. Los polirribosomas tridimensionales eucariotas son similares a los polirribosomas tridimensionales procariotas en que son “hélices zurdas densamente empaquetadas con cuatro ribosomas por vuelta”. Este empaquetamiento denso puede determinar su función como reguladores de la traducción, y se han encontrado polirribosomas tridimensionales en células de sarcoma mediante microscopía de fluorescencia. [1]
La microscopía de fuerza atómica utilizada en estudios in vitro ha demostrado que los polisomas eucariotas circulares pueden formarse con ARNm poliadenilado libre en presencia del factor de iniciación eIF4E unido a la tapa 5' y PABP unido a la cola 3'-poli(A). Sin embargo, esta interacción entre la tapa y la cola poli(A) mediada por un complejo proteico no es una forma única de circularizar el ARNm polisomal. Se ha descubierto que los polirribosomas topológicamente circulares pueden formarse con éxito en el sistema de traducción con ARNm sin tapa y sin cola poli(A), así como con un ARNm con tapa sin cola 3'-poli(A). [1]
Los polirribosomas unidos a las membranas están restringidos por un espacio bidimensional dado por la superficie de la membrana. La restricción de los contactos interribosómicos provoca una configuración de forma redonda que organiza los ribosomas a lo largo del ARNm de modo que los sitios de entrada y salida formen una vía suave. Cada ribosoma gira con respecto al anterior, asemejándose a una espiral plana. [1]
El perfil polisomal es una técnica que utiliza cicloheximida para detener la traducción y un gradiente de sacarosa para separar el extracto celular resultante por centrifugación. [3] Los ARNm asociados a ribosomas migran más rápido que los ARNm libres y los ARNm asociados a polisomas migran más rápido que los ARNm asociados a ribosomas. Varios picos correspondientes al ARNm se revelan mediante la medición de la proteína total a lo largo del gradiente. El ARNm correspondiente se asocia con un número creciente de ribosomas como polisomas. La presencia de ARNm a lo largo del gradiente revela la traducción del ARNm. El perfil polisomal se aplica de manera óptima a células y tejidos cultivados para rastrear el estado de traducción de un ARNm identificado, así como para medir la densidad de ribosomas. [4] Esta técnica se ha utilizado para comparar el estado de traducción de los ARNm en diferentes tipos de células.
Por ejemplo, en un estudio se utilizó el perfil polisomal para investigar el efecto del virus de la estomatitis vesicular (VSV) en células de mamíferos. [8] Los datos del perfil polisomal mostraron que los ARNm del huésped son superados por los ARNm virales por los polisomas, lo que disminuye la traducción del ARNm del huésped y aumenta la traducción del ARNm viral. [8]