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codón de inicio

Codón de inicio (círculo azul) del gen MT-ATP6 del ADN mitocondrial humano . Para cada triplete de nucleótidos (corchetes), se proporciona el aminoácido correspondiente (código de una letra), ya sea en el marco de lectura +1 para MT-ATP8 (en rojo) o en el marco +3 para MT-ATP6 (en azul ). En esta región genómica, los dos genes se superponen .

El codón de inicio es el primer codón de una transcripción de ARN mensajero (ARNm) traducida por un ribosoma . El codón de inicio siempre codifica metionina en eucariotas y arqueas y una N-formilmetionina (fMet) en bacterias, mitocondrias y plastidios .

El codón de inicio suele estar precedido por una región 5' no traducida ( 5'UTR ). En procariotas esto incluye el sitio de unión al ribosoma .

Descodificación

En los tres dominios de la vida, el codón de inicio es decodificado por un ARN de transferencia de "iniciación" especial diferente de los ARNt utilizados para la elongación. Existen diferencias estructurales importantes entre un ARNt iniciador y uno que se alarga, con características distintivas que sirven para satisfacer las limitaciones del sistema de traducción. En bacterias y orgánulos, un tallo aceptor C1:A72 guía la formilación, que dirige el reclutamiento por el ribosoma 30S en el sitio P; Los pares de bases denominados "3GC" permiten el ensamblaje en el ribosoma 70S. [1] En eucariotas y arqueas, el tallo T evita que los factores de elongación se unan, mientras que eIF2 reconoce específicamente la metionina adjunta y un par de bases A1:U72. [2]

En cualquier caso, el ARNt iniciador natural sólo codifica metionina. [3] El conocimiento de las características clave de reconocimiento ha permitido a los investigadores construir ARNt de iniciación alternativos que codifican diferentes aminoácidos; vea abajo.

Codones de inicio alternativos

Los codones de inicio alternativos son diferentes del codón AUG estándar y se encuentran tanto en procariotas (bacterias y arqueas) como en eucariotas . Los codones de inicio alternativos todavía se traducen como Met cuando están al inicio de una proteína (incluso si el codón codifica un aminoácido diferente). Esto se debe a que se utiliza un ARNt separado para el inicio. [3]

Eucariotas

Los codones de inicio alternativos (no AUG) son muy raros en los genomas eucariotas: una amplia gama de mecanismos funcionan para garantizar la relativa fidelidad de la iniciación de AUG. [4] Sin embargo, se han informado codones de inicio no AUG de origen natural para algunos ARNm celulares. [5] Siete de las nueve posibles sustituciones de un solo nucleótido en el codón de inicio AUG de la dihidrofolato reductasa son funcionales como sitios de inicio de la traducción en células de mamíferos. [6]

bacterias

Las bacterias generalmente no tienen la amplia gama de factores de traducción que monitorean la fidelidad de los codones de inicio. GUG y UUG son los codones de inicio alternativos principales, incluso "canónicos". [4] GUG en particular es importante para controlar la replicación de plásmidos. [4]

E. coli utiliza 83% AUG (3542/4284), 14% (612) GUG, 3% (103) UUG [7] y uno o dos más (p. ej., un AUU y posiblemente un CUG). [8] [9]

Las regiones codificantes bien conocidas que no tienen codones de iniciación AUG son las de lacI (GUG) [10] [11] y lacA (UUG) [12] en el operón lac de E. coli . Dos estudios más recientes han demostrado de forma independiente que 17 o más codones de inicio distintos de AUG pueden iniciar la traducción en E. coli . [13] [14]

mitocondrias

Los genomas mitocondriales utilizan codones de inicio alternativos de manera más significativa (AUA y AUG en humanos). [15] Muchos de estos ejemplos, con codones, rango sistemático y citas, se dan en la lista de tablas de traducción del NCBI . [dieciséis]

arqueas

Archaea, que son procariotas con una maquinaria de traducción similar pero más simple que la de los eucariotas, permiten la iniciación en UUG y GUG. [4]

Codones de inicio aguas arriba

Estos son codones de inicio "alternativos" en el sentido de que están aguas arriba de los codones de inicio regulares y, por lo tanto, podrían usarse como codones de inicio alternativos. Más de la mitad de todos los ARNm humanos tienen al menos un codón AUG aguas arriba (uAUG) de sus inicios de inicio de traducción anotados (TIS) (58% en las versiones actuales de la secuencia RefSeq humana ). Su uso potencial como TIS podría dar lugar a la traducción de los llamados marcos de lectura abiertos ascendentes (uORF). La traducción de uORF generalmente da como resultado la síntesis de polipéptidos cortos, algunos de los cuales han demostrado ser funcionales, por ejemplo, en ASNSD1, MIEF1 , MKKS y SLC35A4. [17] Sin embargo, se cree que la mayoría de los uORF traducidos solo tienen un efecto inhibidor leve en la traducción posterior porque la mayoría de los inicios de uORF tienen fugas (es decir, no inician la traducción o porque los ribosomas que terminan después de la traducción de ORF cortos a menudo son capaces de reiniciarse). [17]

código genético estándar

A Posibles codones de inicio en la tabla 1 del NCBI. AUG es el más común. [19] Los otros dos codones de inicio enumerados en la tabla 1 (GUG y UUG) son raros en eucariotas. [20] Los procariotas tienen requisitos de codones de inicio menos estrictos; se describen en la tabla 11 del NCBI .
B ^ ^ ^ La base histórica para designar los codones de parada como ámbar, ocre y ópalo se describe en una autobiografía de Sydney Brenner [21] y en un artículo histórico de Bob Edgar. [22]

Codones de inicio no metionina

Natural

La traducción iniciada por un sitio de entrada de ribosoma interno (IRES), que pasa por alto una serie de sistemas de iniciación eucarióticos regulares, puede tener un inicio sin metinona con codones GCU o CAA. [23]

Las células de mamíferos pueden iniciar la traducción con leucina utilizando un leucil-ARNt específico que decodifica el codón CUG. Este mecanismo es independiente de eIF2. No se necesita ninguna estructura secundaria similar a la de un IRES. [24] [25] [26]

Codones de inicio diseñados

ARNt iniciador diseñado (ARNtfMet
CUA, cambiado de un ARNt MetYfMet
CAU) se han utilizado para iniciar la traducción en el codón de parada ámbar UAG en E. coli . La iniciación con este ARNt no solo inserta la formilmetionina tradicional , sino también formilglutamina, ya que la glutamil-ARNt sintasa también reconoce el nuevo ARNt. [27] (Recuerde lo dicho anteriormente que el sistema de iniciación de la traducción bacteriana no verifica específicamente la metionina, solo la modificación formilo). [1] Un estudio ha demostrado que el ARNt iniciador ámbar no inicia la traducción en ningún grado mensurable a partir de codones UAG codificados genómicamente, solo informadores transmitidos por plásmidos con fuertes sitios Shine-Dalgarno aguas arriba . [28]

Ver también

Referencias

  1. ^ ab Shetty, S; Shah, RA; Chembazhi, UV; Sah, S; Varshney, U (28 de febrero de 2017). "Dos características altamente conservadas de los ARNt iniciadores bacterianos les permiten pasar por distintos puntos de control en el inicio de la traducción". Investigación de ácidos nucleicos . 45 (4): 2040-2050. doi :10.1093/nar/gkw854. PMC  5389676 . PMID  28204695.
  2. ^ Kolitz, SE; Lorsch, JR (21 de enero de 2010). "ARNt iniciador eucariota: finamente sintonizado y listo para la acción". Cartas FEBS . 584 (2): 396–404. doi :10.1016/j.febslet.2009.11.047. PMC 2795131 . PMID  19925799. 
  3. ^ ab Lobanov, AV; Turánov, AA; Hatfield, DL; Gladyshev, VN (2010). "Funciones duales de codones en el código genético". Reseñas críticas en bioquímica y biología molecular . 45 (4): 257–65. doi :10.3109/10409231003786094. PMC 3311535 . PMID  20446809. 
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  5. ^ Ivanov IP, Firth AE, Michel AM, Atkins JF, Baranov PV (2011). "Identificación de extensiones N-terminales no iniciadas por AUG conservadas evolutivamente en secuencias codificantes humanas". Investigación de ácidos nucleicos . 39 (10): 4220–4234. doi : 10.1093/nar/gkr007. PMC 3105428 . PMID  21266472. 
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