stringtranslate.com

Complejo de unión de exones

Un complejo de unión de exones ( EJC ) es un complejo proteico que se forma en una cadena de ARN premensajero en la unión de dos exones que se han unido durante el empalme del ARN . El EJC tiene influencias importantes en la traducción , la vigilancia , la localización del ARNm empalmado y la metilación de m 6 A. [1] [2] Primero se deposita sobre el ARNm durante el empalme y luego se transporta al citoplasma . Allí desempeña un papel importante en la regulación postranscripcional del ARNm. Se cree que los complejos de unión de exones proporcionan una memoria específica de la posición del evento de empalme. El EJC consiste en un núcleo heterotetrámero estable, que sirve como plataforma de unión para otros factores necesarios para la vía del ARNm. [2] El núcleo del EJC contiene la proteína factor de iniciación eucariota 4A-III ( eIF4A-III ; una helicasa de ARN DEAD-box ) unida a un análogo de trifosfato de adenosina ( ATP ), así como las proteínas adicionales Magoh e Y14 . [3] La unión de estas proteínas a los dominios moteados nucleares se ha medido recientemente y puede estar regulada por las vías de señalización PI3K/AKT/mTOR . [4] Para que se produzca la unión del complejo al ARNm, se inhibe el factor eIF4AIII, deteniendo la hidrólisis del ATP. [3] Esto reconoce al EJC como un complejo dependiente de ATP. El EJC también interactúa con una gran cantidad de proteínas adicionales; más notablemente las proteínas SR. [5] Se sugiere que estas interacciones son importantes para la compactación del ARNm. [5] El papel del EJC en la exportación del ARNm es controvertido.

Estructura con una resolución de 2,3 angstroms de un complejo EJC central unido a una transcripción de ARN

Componentes proteicos

El EJC está formado por varios componentes proteicos clave: RNPS1 , Y14, SRm160 , Aly/REF y Magoh, entre otros. [6] [7] [8] RNPS1 puede funcionar como un coactivador del empalme, pero junto con Y14, también participa en el proceso de descomposición mediada por sinsentido en eucariotas. [9] [10] SRm160 es otro coactivador que se ha propuesto para mejorar el procesamiento del extremo 3' del ARNm. [11] [12] Se cree que el componente proteico Magoh facilita la localización subcitoplasmática de los ARNm mientras que Aly participa en la exportación nuclear del ARNm. [13] [14] [15] Se cree que Aly es reclutada al complejo de unión de exones por la proteína UAP56 . [16] UAP56 se reconoce como una helicasa de ARN, pero actúa como un factor de empalme necesario para el ensamblaje temprano del espliceosoma. [17] Otro factor que interviene en la vía EJC es DEK . Se sabe que este componente participa en una variedad de funciones que van desde el empalme hasta la regulación transcripcional y la estructura de la cromatina . [18] [19] [20]

Estructura

La cristalización del complejo de unión de exones ha revelado la organización estructural de sus componentes proteicos. El núcleo del complejo es alargado con una dimensión total de 99Å por 67Å por 54Å. [21] Está organizado alrededor del factor eIF4AIII. El factor en sí consta de dos tipos diferentes de conformaciones alrededor del ARNm: cerrado y abierto. En un estado cerrado, los dos dominios de eIF4AIII forman sitios de unión compuestos para el 5'-adenilil-β,γ-imidodifosfato (ADPNP) y el ARNm. [21] En la conformación abierta, los dos dominios están rotados 160 grados con respecto al estado cerrado. [18] Los componentes proteicos Magoh e Y14 se unen para formar un heterodímero ubicado en el polo 5' del EJC. [22] [23] [24] Magoh se une a un dominio eIF4AIII a través de interacciones entre residuos de sus dos hélices C-terminales y un extremo de una gran lámina β . [21] Los residuos conservados en el enlazador entre los dos dominios eIF4AIII forman puentes salinos o enlaces de hidrógeno con residuos específicos en Magoh. [21] Otros enlaces ocurren entre el segundo bucle de la lámina β de Magoh y los dos dominios eIF4AIII y su enlazador. [21] Solo hay un único enlace parcial formado entre Y14 y eIF4AIII. Este consiste en un puente salino entre los residuos conservados Y14 Arg108 y eIF4AIII Asp401 . [21] Si ocurrieran mutaciones en ambos residuos, la asociación de Magoh-Y14 con EJC sería inexistente. [25]

Mecanismo

Durante el segundo paso del empalme en células eucariotas, el EJC se deposita aproximadamente a 20-24 nucleótidos del extremo 5' aguas arriba de la unión de empalme (donde se unen dos exones), cuando se ha formado el lazo y los exones están ligados entre sí. [26] [27] La ​​unión del EJC al ARNm se produce de manera independiente de la secuencia, para formar la ribonucleoproteína mensajera madura (mRNP). [28] El EJC permanece unido de forma estable a esta mRNP a medida que se exporta fuera del núcleo y hacia el citoplasma. Los componentes proteicos se unen o son liberados por el EJC a medida que se transporta. Para que se produzca la translocación de los ARNm a través del complejo del poro nuclear, un heterodímero que consiste en NXF1 /TAP y NXT1 / p15 debe unirse a las transcripciones. [29] NXF1/TAP es un receptor principal para la exportación de ARNm al citoplasma. Esto se debe a que interactúa tanto con las proteínas adaptadoras de unión al ARN como con los componentes del complejo del poro nuclear . [30]

El reconocimiento de un codón de terminación prematura ocurre durante la traducción en el citoplasma. La imagen que se muestra a continuación implica que este evento es nuclear, contrariamente a la opinión general en este campo. Los lectores deben tener en cuenta que la traducción en el núcleo es un tema muy controvertido que no está bien respaldado por datos. [ cita requerida ]

PTC hace que la transcripción del ARNm experimente NMD

En decadencia mediada por tonterías

Los complejos de unión de exones desempeñan un papel importante en la vigilancia del ARNm . Más específicamente, se encuentran en la vía de desintegración mediada por sinsentidos (NMD), en la que se degradan las transcripciones de ARNm con codones de terminación prematuros. En la traducción normal del ARNm, el ribosoma se une a la transcripción y comienza la elongación de la cadena de aminoácidos . Continúa hasta que alcanza la ubicación del complejo de unión de exones, que luego desplaza. A continuación, la traducción se completa cuando el ribosoma alcanza un codón de terminación . En la NMD, la transcripción del ARNm contiene un codón de terminación prematuro (PTC) debido a una mutación sin sentido . Si este codón ocurre antes del sitio EJC, el EJC permanecerá unido, lo que desencadena la descomposición del ARNm. [31] El EJC y su posición sirven como un tipo de regulador, que determina si la transcripción es defectuosa o no.

También se sabe que las EJC participan en la NMD de otra manera; el reclutamiento de los factores de vigilancia UPF1 , UPF2 y UPF3 . [32] Estas proteínas son los componentes más importantes del mecanismo de NMD. La proteína EJC MAGOH, Y14 y eIF4AIII proporcionan una unión para UPF3, que actúa como un puente entre UPF2 y UPF1 formando un complejo trimérico. [33] Dentro de este complejo, UPF2 y UPF3 actúan cooperativamente para promover la ATPasa y la helicasa de ARN de UPF1. [33] El núcleo EJC ancla de manera estable el complejo UPF al ARNm y ayuda en la regulación de la proteína UPF1 esencial. [33] Los ribosomas que están estancados en un PTC reclutan UPF1 a través de interacciones con el factor de liberación eRF1 y eRF3 . [33] Junto con la proteína SMG1 , eRF1, eRF3 y UPF1 forman el complejo SURF. Este complejo forma un puente entre el ribosoma y el EJC aguas abajo que está asociado con UPF3 y UPF2. [33] Esta interacción desencadena la fosforilación de UPF1 por SMG1, lo que causa la disociación de eRF1 y eRF3. [33] El complejo producido consiste en EJC, UPF3, UPF2, UPF1 fosforilado y SMG1 y, a su vez, desencadena la degradación del ARNm. [33]

Referencias

  1. ^ Él, P Cody; Wei, Jiangbo; Dou, Xiaoyang; Harada, Bryan; Zhang, Zijie; Ge, Ruiqi; Liu, Chang; Zhang, Li-sheng; Yu, Xianbin; Wang, Shuai; Lyu, Ruitu; Zou, Zhongyu; Chen, Mengjie; Él, Chuan (febrero de 2023). "La arquitectura del exón controla la supresión del ARNm m6A y la expresión génica". Ciencia . 379 (6633): 677–682. doi : 10.1126/ciencia.abj9090. PMC  9990141 . PMID  36705538.
  2. ^ ab Tange, TØ; Nott, A; Moore, MJ (junio de 2004). "Las complejidades cada vez mayores del complejo de unión de exones". Current Opinion in Cell Biology . 16 (3): 279–84. doi :10.1016/j.ceb.2004.03.012. PMID  15145352.
  3. ^ ab Ballut L, Marchadier B, Baguet A, Tomasetto C, Séraphin B, Le Hir H (2005). "El complejo de unión del exón se bloquea en el ARN mediante la inhibición de la actividad de la ATPasa eIF4AIII". Nat. Struct. Mol. Biol . 12 (10): 861–9. doi :10.1038/nsmb990. PMID  16170325. S2CID  1359792.
  4. ^ Quaresma, Alexandre J.; Nickerson, Jeffrey A. (2013), "Regulación de la exportación de ARNm por la vía de transducción de señales de la quinasa PI3/AKT", Mol Biol Cell , 24 (8): 1208–21, doi :10.1091/mbc.E12-06-0450, PMC 3623641 , PMID  23427269 
  5. ^ ab Singh G, Kucukural A, Cenik C, Leszyk JD, Shaffer SA, Weng Z, Moore MJ (2012). "El interactoma celular EJC revela una estructura de mRNP de orden superior y un nexo proteína EJC-SR". Cell . 151 (4): 750–64. doi :10.1016/j.cell.2012.10.007. PMC 3522173 . PMID  23084401. 
  6. ^ Kataoka, N.; Yong, J.; Kim, VN; Velazquez, F.; Perkinson, RA; Wang, F.; Dreyfuss, G. (2000). "El empalme de pre-ARNm imprime ARNm en el núcleo con una nueva proteína de unión al ARN que persiste en el citoplasma". Mol Cell . 6 (3): 673–682. doi : 10.1016/s1097-2765(00)00065-4 . PMID  11030346.
  7. ^ Le Hir H, Gatfield D, Izaurralde E, Moore MJ (2001). "El complejo de unión exón-exón proporciona una plataforma de unión para los factores implicados en la exportación de ARNm y la degradación del ARNm mediada por sinsentidos". EMBO J . 20 (17): 4987–97. doi :10.1093/emboj/20.17.4987. PMC 125616 . PMID  11532962. 
  8. ^ Le Hir, H.; Izaurralde, E.; Maquat, LE; Moore, MJ (2000). "El espliceosoma deposita múltiples proteínas 20-24 nucleótidos aguas arriba de las uniones exón-exón del ARNm". EMBO J . 19 (24): 6860–6869. doi :10.1093/emboj/19.24.6860. PMC 305905 . PMID  11118221. 
  9. ^ Lykke-Andersen, J.; Shu, M.-D.; Steitz, JA (2001). "Comunicación de la posición de las uniones exón-exón a la maquinaria de vigilancia del ARNm por la proteína RNPS1". Science . 293 (5536): 1836–1839. Bibcode :2001Sci...293.1836L. doi :10.1126/science.1062786. PMID  11546874. S2CID  389385.
  10. ^ Lejeune, F.; Ishigaki, Y.; Li, X.; Maquat, LE (2002). "El complejo de unión de exones se detecta en el ARNm unido a CBP80 pero no unido a eIF4E en células de mamíferos: dinámica de la remodelación del ARNm". EMBO J . 21 (13): 3536–3545. doi :10.1093/emboj/cdf345. PMC 126094 . PMID  12093754. 
  11. ^ Mayeda, A.; Badolato, J.; Kobayashi, R.; Zhang, MQ; Gardiner, EM; Krainer, AR (1999). "Purificación y caracterización de RNPS1 humano: un activador general del empalme de pre-ARNm". EMBO J . 18 (16): 4560–4570. doi :10.1093/emboj/18.16.4560. PMC 1171530 . PMID  10449421. 
  12. ^ McCracken, S.; Lambermon, M.; Blencowe, BJ (2002). "El coactivador de empalme SRm160 promueve la escisión del extremo 3' de la transcripción". Mol. Cell. Biol . 22 (1): 148–160. doi : 10.1128/mcb.22.1.148-160.2002. PMC 134228. PMID  11739730. 
  13. ^ Le Hir, H.; Gatfield, D.; Braun, IC; Forler, D.; Izaurralde, E. (2001). "La proteína Mago proporciona un vínculo entre el splicing y la localización del ARNm". EMBO Rep . 2 (12): 1119–1124. doi :10.1093/embo-reports/kve245. PMC 1084163 . PMID  11743026. 
  14. ^ Zhou, Z.; Luo, M.-J.; Straesser, K.; Katahira, J.; Hurt, E.; Reed, R. (2000). "La proteína Aly vincula el empalme del ARN mensajero previo a la exportación nuclear en metazoos". Nature . 407 (6802): 401–405. Bibcode :2000Natur.407..401Z. doi :10.1038/35030160. PMID  11014198. S2CID  312262.
  15. ^ Rodrigues, JP; Rode, M.; Gatfield, D.; Blencowe, BJ; Carmo-Fonseca, M.; Izaurralde, E. (2001). "Las proteínas REF median la exportación de ARNm empalmados y no empalmados desde el núcleo". Proc. Natl. Sci. EE. UU . . 98 (3): 1030–1035. Bibcode :2001PNAS...98.1030R. doi : 10.1073/pnas.98.3.1030 . PMC 14703 . PMID  11158589. 
  16. ^ Cullen, BR (2003). "Exportación de ARN nuclear". J. Cell Sci . 116 (4): 587–597. doi : 10.1242/jcs.00268 . PMID  12538759.
  17. ^ Gatfield, D.; Izaurralde, E. (2002). "REF1/Aly y las proteínas del complejo de unión de exones adicionales son prescindibles para la exportación nuclear de ARNm". J. Cell Biol . 159 (4): 579–588. doi :10.1083/jcb.200207128. PMC 2173090. PMID  12438415 . 
  18. ^ ab Alexiadis V, Waldmann T, Andersen J, Mann M, Knippers R, Gruss C (2000). "La proteína codificada por el protooncogén DEK cambia la topología de la cromatina y reduce la eficiencia de la replicación del ADN de una manera específica de la cromatina". Genes Dev . 14 (11): 1308–12. doi :10.1101/gad.14.11.1308. PMC 316669 . PMID  10837023. 
  19. ^ McGarvey, T.; Rosonina, E.; McCracken, S.; Li, Q.; Arnaout, R.; Mientjes, E.; Nickerson, JA; Awrey, D.; Greenblatt, J.; Grosveld, G.; Blencowe, BJ (2000). "La proteína asociada a la leucemia mieloide aguda, DEK, forma una interacción dependiente del empalme con complejos exón-producto". J. Cell Biol . 150 (2): 309–320. doi :10.1083/jcb.150.2.309. PMC 2180225. PMID  10908574 . 
  20. ^ Faulkner, NE; Hilfinger, JM; Markovitz, DM (2001). "La proteína fosfatasa 2A activa el promotor del VIH-2 a través de elementos potenciadores que incluyen el sitio PET". J. Biol. Chem . 276 (28): 25804–25812. doi : 10.1074/jbc.m006454200 . PMID  11320078.
  21. ^ abcdef Andersen CB, Ballut L, Johansen JS, Chamieh H, Nielsen KH, Oliveira CL, Pedersen JS, Séraphin B, Le Hir H, Andersen GR (2006). "Estructura del complejo central de unión de exones con una ATPasa DEAD-box atrapada unida al ARN". Science . 313 (5795): 1968–72. Bibcode :2006Sci...313.1968A. doi :10.1126/science.1131981. PMID  16931718. S2CID  26409491.
  22. ^ Lau, CK; Diem, MD; Dreyfuss, G.; Van Duyne, GD (2003). "Estructura del núcleo Y14-Magoh del complejo de unión de exones". Curr. Biol . 13 (11): 933–941. Bibcode :2003CBio...13..933L. doi : 10.1016/s0960-9822(03)00328-2 . PMID  12781131.
  23. ^ Fribourg, S.; Gatfield, D.; Izaurralde, E. Conti (2003). "Un nuevo modo de reconocimiento de la proteína RBD en el complejo Y14–Mago". Nat. Struct. Biol . 10 (6): 433–439. doi :10.1038/nsb926. PMID  12730685. S2CID  40116577.
  24. ^ Shi H, Xu RM (2003). "Estructura cristalina del complejo nashi-Y14 de Drosophila Mago". Genes Dev . 17 (8): 971–6. doi :10.1101/gad.260403. PMC 196043 . PMID  12704080. 
  25. ^ Gehring, Niels H.; Kunz, Joachim B.; Neu-Yilik, Gabriele; Breit, Stephen; Viegas, Marcelo H.; Hentze, Matthias W.; Kulozik, Andreas E. (2005). "Los componentes del complejo de unión exónica especifican rutas distintas de desintegración del ARNm mediada por sinsentido con requisitos de cofactores diferenciales". Molecular Cell . 20 (1): 65–75. doi : 10.1016/j.molcel.2005.08.012 . ISSN  1097-2765. PMID  16209946.
  26. ^ Reichert, VL; Le Hir, H.; Jurica, MS; Moore, MJ (2002). "Las interacciones del exón 5' dentro del espliceosoma establecen un marco para la estructura y el ensamblaje del complejo de unión de exones". Genes Dev . 16 (21): 2778–2791. doi : 10.1101/gad.1030602 . PMC 187475 . PMID  12414731. 
  27. ^ Shibuya, T.; Tange, TO; Sonenberg, N.; Moore, MJ (2004). "eIF4AIII se une al ARNm empalmado en el complejo de unión de exones y es esencial para la descomposición mediada por sinsentido ". Nat. Struct. Mol. Biol . 11 (4): 346–351. doi :10.1038/nsmb750. PMID  15034551. S2CID  30171314.
  28. ^ Le Hir, H.; Izaurralde, E.; Maquat, LE; Moore, MJ (2000). "El espliceosoma deposita múltiples proteínas 20-24 nucleótidos aguas arriba de las uniones exón-exón del ARNm". EMBO J . 19 (24): 6860–6869. doi :10.1093/emboj/19.24.6860. PMC 305905 . PMID  11118221. 
  29. ^ Reed, R.; Hurt, E. (2002). "Una maquinaria de exportación de ARNm conservada acoplada al empalme de pre-ARNm". Cell . 108 (4): 523–531. doi : 10.1016/s0092-8674(02)00627-x . PMID  11909523.
  30. ^ Izaurralde, E (2002). "Una nueva familia de receptores de transporte nuclear media la exportación de ARN mensajero al citoplasma". Eur. J. Cell Biol . 81 (11): 577–584. doi :10.1078/0171-9335-00273. PMID  12498157.
  31. ^ Chang YF, Imam JS, Wilkinson MF (2007). "La vía de vigilancia del ARN mediada por desintegración sin sentido". Annu Rev Biochem . 76 : 51–74. doi :10.1146/annurev.biochem.76.050106.093909. PMID  17352659.
  32. ^ Conti, E.; Izaurralde, E. (2005). "Degradación del ARNm mediada por sinsentidos: perspectivas moleculares y variaciones mecanísticas entre especies". Curr. Opin. Cell Biol . 17 (3): 316–325. doi :10.1016/j.ceb.2005.04.005. PMID  15901503.
  33. ^ abcdefg Chamieh, Hala; Ballut, Lionel; Bonneau, Fabien; Le Hir, Hervé (2007). "Los factores NMD UPF2 y UPF3 unen a UPF1 con el complejo de unión de exones y estimulan su actividad de helicasa de ARN". Nature Structural & Molecular Biology . 15 (1): 85–93. doi :10.1038/nsmb1330. ISSN  1545-9993. PMID  18066079. S2CID  6268216.