stringtranslate.com

bucle R

Representación esquemática de los factores que promueven la formación y estabilización del bucle R.

Un bucle R es una estructura de ácido nucleico de tres cadenas, compuesta por un híbrido de ADN: ARN y el ADN monocatenario sin plantilla asociado . Los bucles R pueden formarse en diversas circunstancias y los componentes celulares pueden tolerarlos o eliminarlos. El término "bucle R" se dio para reflejar la similitud de estas estructuras con los bucles D ; la "R" en este caso representa la participación de un resto de ARN .

En el laboratorio, también se pueden crear bucles R mediante la hibridación de ARNm maduro con ADN bicatenario en condiciones que favorezcan la formación de un híbrido ADN-ARN; en este caso, las regiones intrón (que se han separado del ARNm) forman bucles de ADN monocatenario, ya que no pueden hibridarse con la secuencia complementaria del ARNm. [1]

Historia

Una ilustración que muestra cómo un híbrido de ADN-ARNm forma bucles R en las regiones donde se han eliminado los intrones mediante el empalme de exones.

El bucle R se describió por primera vez en 1976. [2] Estudios independientes sobre bucle R de los laboratorios de Richard J. Roberts y Phillip A. Sharp demostraron que los genes de adenovirus que codifican proteínas contenían secuencias de ADN que no estaban presentes en el ARNm maduro. [3] [4] Roberts y Sharp recibieron el Premio Nobel en 1993 por descubrir intrones de forma independiente. Después de su descubrimiento en adenovirus, se encontraron intrones en varios genes eucarióticos , como el gen de la ovoalbúmina eucariótica (primero por el laboratorio O'Malley, luego confirmado por otros grupos), [5] [6] ADN hexón , [3] y "Genes de ARNr extracromosómicos de Tetrahymena thermophila" . [7]

A mediados de la década de 1980, el desarrollo de un anticuerpo que se une específicamente a la estructura del bucle R abrió la puerta a los estudios de inmunofluorescencia , así como a la caracterización de todo el genoma de la formación del bucle R mediante DRIP-seq . [8]

mapeo de bucle R

El mapeo de bucle R es una técnica de laboratorio que se utiliza para distinguir intrones de exones en ADN bicatenario. [9] Estos bucles R se visualizan mediante microscopía electrónica y revelan regiones intrones del ADN mediante la creación de bucles libres en estas regiones. [10]

Bucles R in vivo

El potencial de los bucles R para servir como cebadores de replicación se demostró en 1980. [11] En 1994, se demostró que los bucles R estaban presentes in vivo mediante el análisis de plásmidos aislados de mutantes de E. coli que portan mutaciones en la topoisomerasa . [12] Este descubrimiento de bucles R endógenos , junto con los rápidos avances en las tecnologías de secuenciación genética , inspiró un florecimiento de la investigación de bucles R a principios de la década de 2000 que continúa hasta el día de hoy. [13]

Regulación de la formación y resolución del bucle R.

Las enzimas RNasaH son las principales proteínas responsables de la disolución de los bucles R y actúan para degradar la fracción de ARN para permitir que las dos hebras de ADN complementarias se hibriden. [14] Las investigaciones realizadas durante la última década han identificado más de 50 proteínas que parecen influir en la acumulación del bucle R, y aunque se cree que muchas de ellas contribuyen mediante el secuestro o el procesamiento del ARN recién transcrito para evitar la reasociación con la plantilla, los mecanismos de La interacción del bucle R para muchas de estas proteínas aún está por determinar. [15]

Funciones de los bucles R en la regulación genética.

La formación de bucle R es un paso clave en el cambio de clase de inmunoglobulina , un proceso que permite que las células B activadas modulen la producción de anticuerpos . [16] También parecen desempeñar un papel en la protección de algunos promotores activos de la metilación . [17] La ​​presencia de bucles R también puede inhibir la transcripción. [18] Además, la formación de bucles R parece estar asociada con la cromatina "abierta" , característica de las regiones que se transcriben activamente. [19] [20]

Bucles R como daño genético

Cuando se forman bucles R no programados, pueden causar daños mediante varios mecanismos diferentes. [21] El ADN monocatenario expuesto puede ser atacado por mutágenos endógenos, incluidas enzimas modificadoras del ADN, como la citidina desaminasa inducida por activación , y puede bloquear las horquillas de replicación para inducir el colapso de la horquilla y las posteriores roturas de la doble cadena. [22] Además, los bucles R pueden inducir una replicación no programada al actuar como cebador . [11] [20]

La acumulación del bucle R se ha asociado con una serie de enfermedades, incluida la esclerosis lateral amiotrófica tipo 4 (ELA4) , la ataxia oculomotora y la apraxia tipo 2 (AOA2) , el síndrome de Aicardi-Goutières , el síndrome de Angelman , el síndrome de Prader-Willi y el cáncer. [13]

Bucles R, intrones y daño al ADN.

Los intrones son regiones no codificantes dentro de genes que se transcriben junto con las regiones codificantes de los genes, pero posteriormente se eliminan de la transcripción de ARN primaria mediante empalme . Las regiones de ADN transcritas activamente a menudo forman bucles R que son vulnerables al daño del ADN . Los intrones reducen la formación de bucles R y el daño al ADN en genes de levadura altamente expresados. [23] El análisis de todo el genoma mostró que los genes que contienen intrones muestran niveles reducidos de bucle R y un menor daño al ADN en comparación con genes sin intrones de expresión similar tanto en levaduras como en humanos. [23] La inserción de un intrón dentro de un gen propenso al bucle R también puede suprimir la formación y recombinación del bucle R. Bonnet et al. (2017) [23] especuló que la función de los intrones en el mantenimiento de la estabilidad genética puede explicar su mantenimiento evolutivo en ciertos lugares, particularmente en genes altamente expresados.

Ver también

Referencias

  1. ^ Wang, Kang; Wang, Honghong; Li, Conghui; Yin, Zhinang; Xiao, Ruijing; Li, Qiuzi; Xiang, Ying; Wang, Wen; Huang, Jian; Chen, Liang; Colmillo, ping; Liang, Kaiwei (19 de febrero de 2021). "Perfil genómico de bucles R nativos con un sensor de reconocimiento híbrido de ADN-ARN". Avances científicos . 7 (8). Código Bib : 2021SciA....7.3516W. doi :10.1126/sciadv.abe3516. ISSN  2375-2548. PMC  7888926 . PMID  33597247.
  2. ^ Thomas M, White RL, Davis RW (julio de 1976). "Hibridación de ARN a ADN bicatenario: formación de bucles R". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 73 (7): 2294–8. Código bibliográfico : 1976PNAS...73.2294T. doi : 10.1073/pnas.73.7.2294 . PMC 430535 . PMID  781674. 
  3. ^ ab Berget SM, Moore C, Sharp PA (agosto de 1977). "Segmentos empalmados en el extremo 5 'del ARNm tardío del adenovirus 2". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 74 (8): 3171–5. Código bibliográfico : 1977PNAS...74.3171B. doi : 10.1073/pnas.74.8.3171 . PMC 431482 . PMID  269380. 
  4. ^ Chow LT, Gelinas RE, Broker TR, Roberts RJ (septiembre de 1977). "Una sorprendente disposición de secuencia en los extremos 5 'del ARN mensajero del adenovirus 2". Celúla . 12 (1): 1–8. doi :10.1016/0092-8674(77)90180-5. PMID  902310. S2CID  2099968.
  5. ^ Lai EC, Woo SL, Dugaiczyk A, Catterall JF, O'Malley BW (mayo de 1978). "El gen de la ovoalbúmina: las secuencias estructurales del ADN nativo del pollo no son contiguas". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 75 (5): 2205–9. Código bibliográfico : 1978PNAS...75.2205L. doi : 10.1073/pnas.75.5.2205 . PMC 392520 . PMID  276861. 
  6. ^ O'Hare K, Breathnach R, Benoist C, Chambon P (septiembre de 1979). "No más de siete interrupciones en el gen de la ovoalbúmina: comparación de secuencias de ADNc genómico y bicatenario". Investigación de ácidos nucleicos . 7 (2): 321–34. doi :10.1093/nar/7.2.321. PMC 328020 . PMID  493147. 
  7. ^ Cech TR, Rio DC (octubre de 1979). "Localización de regiones transcritas en genes de ARN ribosómico extracromosómico de Tetrahymena thermophila mediante mapeo de bucle R". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 76 (10): 5051–5. Código bibliográfico : 1979PNAS...76.5051C. doi : 10.1073/pnas.76.10.5051 . PMC 413077 . PMID  291921. 
  8. ^ Boguslawski SJ, Smith DE, Michalak MA, Mickelson KE, Yehle CO, Patterson WL, Carrico RJ (mayo de 1986). "Caracterización de anticuerpo monoclonal contra ADN.ARN y su aplicación a la inmunodetección de híbridos". Revista de métodos inmunológicos . 89 (1): 123–30. doi :10.1016/0022-1759(86)90040-2. PMID  2422282.
  9. ^ Woolford JL, Rosbash M (junio de 1979). "El uso de bucles R para la identificación de genes estructurales y la purificación de ARNm". Investigación de ácidos nucleicos . 6 (7): 2483–97. doi :10.1093/nar/6.7.2483. PMC 327867 . PMID  379820. 
  10. ^ Rey RC, Stansfield WD, Mulligan PK (2007). Un diccionario de genética . Prensa de la Universidad de Oxford 7.
  11. ^ ab Itoh T, Tomizawa J (mayo de 1980). "Formación de un cebador de ARN para el inicio de la replicación del ADN ColE1 por la ribonucleasa H". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 77 (5): 2450–4. Código bibliográfico : 1980PNAS...77.2450I. doi : 10.1073/pnas.77.5.2450 . PMC 349417 . PMID  6156450. 
  12. ^ Drolet M, Bi X, Liu LF (enero de 1994). "Superenrollamiento hipernegativo de la plantilla de ADN durante el alargamiento de la transcripción in vitro". La Revista de Química Biológica . 269 ​​(3): 2068–74. doi : 10.1016/S0021-9258(17)42136-3 . PMID  8294458.
  13. ^ ab Groh M, Gromak N (septiembre de 2014). "Fuera de equilibrio: bucles R en enfermedades humanas". PLOS Genética . 10 (9): e1004630. doi : 10.1371/journal.pgen.1004630 . PMC 4169248 . PMID  25233079. 
  14. ^ Cerritelli SM, Crouch RJ (marzo de 2009). "Ribonucleasa H: las enzimas en eucariotas". El Diario FEBS . 276 (6): 1494–505. doi :10.1111/j.1742-4658.2009.06908.x. PMC 2746905 . PMID  19228196. 
  15. ^ Chan YA, Aristizabal MJ, Lu PY, Luo Z, Hamza A, Kobor MS, Stirling PC, Hieter P (abril de 2014). "Perfil de todo el genoma de sitios propensos a híbridos de ADN: ARN de levadura con chip DRIP". PLOS Genética . 10 (4): e1004288. doi : 10.1371/journal.pgen.1004288 . PMC 3990523 . PMID  24743342. 
  16. ^ Roy D, Yu K, Lieber MR (enero de 2008). "Mecanismo de formación de bucle R en secuencias de cambio de clase de inmunoglobulina". Biología Molecular y Celular . 28 (1): 50–60. doi :10.1128/mcb.01251-07. PMC 2223306 . PMID  17954560. 
  17. ^ Ginno PA, Lott PL, Christensen HC, Korf I, Chédin F (marzo de 2012). "La formación de bucles R es una característica distintiva de los promotores de islas CpG humanos no metilados". Célula molecular . 45 (6): 814–25. doi :10.1016/j.molcel.2012.01.017. PMC 3319272 . PMID  22387027. 
  18. ^ D'Souza AD, Belotserkovskii BP, Hanawalt PC (febrero de 2018). "Un modo novedoso para la inhibición de la transcripción mediada por bucles R inducidos por PNA con un sistema modelo in vitro". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Mecanismos reguladores de genes . 1861 (2): 158–166. doi :10.1016/j.bbagrm.2017.12.008. PMC 5820110 . PMID  29357316. 
  19. ^ Castellano-Pozo M, Santos-Pereira JM, Rondón AG, Barroso S, Andújar E, Pérez-Alegre M, García-Muse T, Aguilera A (noviembre de 2013). "Los bucles R están vinculados a la fosforilación de la histona H3 S10 y la condensación de cromatina". Célula molecular . 52 (4): 583–90. doi : 10.1016/j.molcel.2013.10.006 . PMID  24211264.
  20. ^ ab Costantino L, Koshland D (junio de 2015). "El Yin y el Yang de la biología del bucle R". Opinión actual en biología celular . 34 : 39–45. doi :10.1016/j.ceb.2015.04.008. PMC 4522345 . PMID  25938907. 
  21. ^ Belotserkovskii BP, Tornaletti S, D'Souza AD, Hanawalt PC (noviembre de 2018). "Generación de bucle R durante la transcripción: formación, procesamiento y resultados celulares". Reparación del ADN . 71 : 69–81. doi :10.1016/j.dnarep.2018.08.009. PMC 6340742 . PMID  30190235. 
  22. ^ Sollier J, Cimprich KA (septiembre de 2015). "Breaking bad: bucles R e integridad del genoma". Tendencias en biología celular . 25 (9): 514–22. doi :10.1016/j.tcb.2015.05.003. PMC 4554970 . PMID  26045257. 
  23. ^ abc Bonnet A, Grosso AR, Elkaoutari A, Coleno E, Presle A, Sridhara SC, Janbon G, Géli V, de Almeida SF, Palancade B (agosto de 2017). "Los intrones protegen los genomas eucarióticos de la inestabilidad genética asociada a la transcripción". Célula molecular . 67 (4): 608–621.e6. doi : 10.1016/j.molcel.2017.07.002 . PMID  28757210.