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Complejo de microprocesadores

Estructura de un complejo de microprocesador obtenida mediante criomicroscopía electrónica , que muestra la proteína Drosha humana ( ribonucleasa III , verde) y dos subunidades de DGCR8 (azul oscuro y azul claro) interactuando con un microARN primario y listas para escindirlo . De PDB : 6V5B . [1]

El complejo microprocesador es un complejo proteico involucrado en las primeras etapas del procesamiento de microARN (miARN) y ARN de interferencia (ARNi) en células animales. [2] [3] El complejo está mínimamente compuesto por la enzima ribonucleasa Drosha y la proteína de unión a ARN dimérica DGCR8 (también conocida como Pasha en animales no humanos), y escinde los sustratos primarios de miARN en pre-miARN en el núcleo celular . [4] [5] [6] El microprocesador también es el más pequeño de los dos complejos multiproteicos que contienen Drosha humana . [7]

Estructura cristalina de la proteína humana Drosha en complejo con las hélices C-terminales de dos moléculas DGCR8 (verde). Drosha consta de dos dominios de ribonucleasa III (azul y naranja); un dominio de unión de ARN bicatenario (amarillo); y un dominio conector/plataforma (gris) que contiene dos iones de zinc unidos (esferas). De PDB : 5B16 . [8]

Composición

El complejo del microprocesador consta mínimamente de dos proteínas: Drosha , una enzima ribonucleasa III ; y DGCR8 , una proteína de unión al ARN bicatenario . [4] [5] [6] (DGCR8 es el nombre utilizado en genética de mamíferos, abreviado de " región crítica 8 del síndrome de DiGeorge "; la proteína homóloga en organismos modelo como moscas y gusanos se llama Pasha , por Socio de Drosha ) . La estequiometría del complejo mínimo fue en un momento experimentalmente difícil de determinar, pero se ha demostrado que es un heterotrímero de dos proteínas DGCR8 y una Drosha. [1] [8] [9] [10]

Además de los componentes mínimos catalíticamente activos del microprocesador, otros cofactores como las helicasas de ARN de caja DEAD y las ribonucleoproteínas nucleares heterogéneas pueden estar presentes en el complejo para mediar la actividad de Drosha . [4] Algunos miRNA son procesados ​​por microprocesador solo en presencia de cofactores específicos. [11]

Función

La proteína exportina-5 humana (roja) en complejo con Ran-GTP (amarilla) y un pre- microARN (verde), mostrando un elemento de reconocimiento de dos nucleótidos salientes (naranja). De PDB : 3A6P . [12]

Ubicado en el núcleo celular , el complejo microprocesador escinde el miRNA primario (pri-miRNA) en miRNA precursor (pre-miRNA). [13] Sus dos subunidades se han determinado como necesarias y suficientes para la mediación del desarrollo de miRNAs a partir de los pri-miRNAs. [7] Estas moléculas de alrededor de 70 nucleótidos contienen una estructura de tallo-bucle o de horquilla. Los sustratos de pri-miRNA pueden derivar ya sea de genes de ARN no codificante o de intrones . En este último caso, hay evidencia de que el complejo microprocesador interactúa con el espliceosoma y que el procesamiento del pri-miRNA ocurre antes del empalme . [5] [14]

La escisión por microprocesador de los pri-miRNAs ocurre típicamente de manera cotranscripcional y deja un saliente monocatenario característico de RNasa III de 2-3 nucleótidos, que sirve como un elemento de reconocimiento para la proteína de transporte exportina-5 . [15] Los pre-miRNAs se exportan desde el núcleo al citoplasma de una manera dependiente de RanGTP y son procesados ​​posteriormente, típicamente por la enzima endorribonucleasa Dicer . [4] [5] [6]

La hemina permite un mayor procesamiento de los pri-miRNA a través de un cambio conformacional inducido de la subunidad DGCR8, y también mejora la especificidad de unión de DGCR8 para el ARN. [16] DGCR8 reconoce las uniones entre las estructuras de horquilla y el ARN monocatenario y sirve para orientar a Drosha para que se separe a unos 11 nucleótidos de las uniones, y permanece en contacto con los pri-miRNA después de la escisión y disociación de Drosha. [17]

Aunque la gran mayoría de los miRNAs se procesan mediante un microprocesador, se han descrito unas pocas excepciones llamadas mirtrons ; estos son intrones muy pequeños que, después del empalme, tienen el tamaño y la estructura de tallo-bucle adecuados para servir como un pre-miRNA. [18] Las vías de procesamiento para microRNA y para ARN interferente pequeño derivado exógenamente convergen en el punto de procesamiento Dicer y son en gran medida idénticas aguas abajo. En términos generales, ambas vías constituyen el ARNi . [5] [18] También se ha descubierto que el microprocesador está involucrado en la biogénesis ribosómica, específicamente en la eliminación de bucles R y la activación de la transcripción de genes que codifican proteínas ribosómicas. [19]

Regulación

La regulación genética por microARN está muy extendida en muchos genomas : según algunas estimaciones, es probable que más del 60 % de los genes codificadores de proteínas humanas estén regulados por microARN, [20] aunque la calidad de la evidencia experimental de interacciones entre microARN y diana suele ser débil. [21] Debido a que el procesamiento por microprocesador es un determinante principal de la abundancia de microARN, el microprocesador en sí mismo es un objetivo importante de regulación.

Tanto Drosha como DGCR8 están sujetos a regulación por modificaciones postraduccionales que modulan la estabilidad, la localización intracelular y los niveles de actividad. La actividad contra sustratos particulares puede ser regulada por cofactores proteicos adicionales que interactúan con el complejo del microprocesador. La región de bucle del tallo-bucle del pri-miRNA también es un elemento de reconocimiento para las proteínas reguladoras, que pueden regular positiva o negativamente el procesamiento del microprocesador de los miRNA específicos a los que se dirigen. [11]

El propio microprocesador se autorregula mediante retroalimentación negativa a través de la asociación con una estructura de horquilla similar a un pri-miRNA que se encuentra en el ARNm de DGCR8 , que cuando se escinde reduce la expresión de DGCR8 . La estructura en este caso se encuentra en un exón y es poco probable que funcione como miRNA por sí misma. [11]

Evolución

Drosha comparte una sorprendente similitud estructural con la ribonucleasa Dicer , lo que sugiere una relación evolutiva, aunque Drosha y las enzimas relacionadas se encuentran solo en animales, mientras que los parientes de Dicer están ampliamente distribuidos, incluso entre los protozoos . [8] Ambos componentes del complejo microprocesador se conservan entre la gran mayoría de metazoos con genomas conocidos. Mnemiopsis leidyi , un ctenóforo , carece de homólogos de Drosha y DGCR8 , así como de miRNA reconocibles, y es el único metazoo conocido sin evidencia genómica detectable de Drosha . [22] En las plantas, la vía de biogénesis de miRNA es algo diferente; ni Drosha ni DGCR8 tienen un homólogo en las células vegetales, donde el primer paso en el procesamiento de miRNA generalmente lo ejecuta una ribonucleasa nuclear diferente , DCL1 , un homólogo de Dicer . [11] [23]

Se ha sugerido, basándose en análisis filogenéticos , que los componentes clave de la interferencia de ARN basada en sustratos exógenos estaban presentes en el eucariota ancestral , probablemente como un mecanismo inmunológico contra virus y elementos transponibles . Se cree que la elaboración de esta vía para la regulación génica mediada por miRNA evolucionó más tarde. [24]

Importancia clínica

La participación de los miRNA en las enfermedades ha llevado a los científicos a interesarse más por el papel de complejos proteicos adicionales, como el microprocesador, que tienen la capacidad de influir o modular la función y la expresión de los miRNA. [25] El componente del complejo del microprocesador, DGCR8, se ve afectado por la microdeleción de 22q11.2 , una pequeña porción del cromosoma 22. Esta deleción provoca un procesamiento irregular de los miRNA, lo que conduce al síndrome de DiGeorge . [26]

Referencias

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