La pausa ribosomal se refiere a la formación de colas o apilamiento de ribosomas durante la traducción de la secuencia de nucleótidos de las transcripciones de ARNm. Estas transcripciones se decodifican y se convierten en una secuencia de aminoácidos durante la síntesis de proteínas por los ribosomas. Debido a los sitios de pausa de algunos ARNm, se produce una alteración en la traducción . [1] La pausa ribosomal ocurre tanto en eucariotas como en procariotas. [2] [3] Una pausa más severa se conoce como bloqueo ribosomal . [4]
Desde la década de 1980 se sabe que los distintos ARNm se traducen a distintas velocidades. Se pensaba que la principal razón de estas diferencias era la concentración de variedades de ARNt raros, que limitaban la velocidad a la que se podían decodificar algunos transcritos. [5] Sin embargo, con técnicas de investigación como el perfilado de ribosomas, se descubrió que en ciertos sitios había concentraciones de ribosomas más altas que el promedio, y estos sitios de pausa se probaron con codones específicos. No se encontró ningún vínculo entre la ocupación de codones específicos y la cantidad de sus ARNt. Por lo tanto, los primeros hallazgos sobre los ARNt raros que causan sitios de pausa no parecen plausibles. [2]
Dos técnicas pueden localizar el sitio de pausa ribosomal in vivo : un ensayo de protección de nucleasa microcócica y el aislamiento de la transcripción polisomal. [6] El aislamiento de las transcripciones polisomales se produce centrifugando extractos de tejido a través de un cojín de sacarosa con inhibidores de la elongación de la traducción, por ejemplo, cicloheximida . [7]
La pausa de los ribosomas se puede detectar durante la síntesis de preprolactina en polisomas libres ; cuando el ribosoma se detiene, los demás ribosomas se apilan estrechamente. Cuando el ribosoma se detiene, durante la traducción, los fragmentos que comenzaron a traducirse antes de que se produjera la pausa están sobrerrepresentados. Sin embargo, junto con el ARNm, si el ribosoma se detiene, se mejorarán bandas específicas en el borde posterior del ribosoma. [8]
Algunos de los inhibidores de la elongación, como la cicloheximida (en eucariotas) o el cloranfenicol , hacen que los ribosomas se pausen y se acumulen en los codones de inicio. El factor de elongación P regula la pausa ribosomal en la poliprolina en bacterias, y cuando no hay EFP la densidad de ribosomas disminuye a partir de los motivos de poliprolina. Si hay múltiples pausas ribosomales, entonces el EFP no las resolverá. [9]
Algunas formas de pausa ribosómica son reversibles sin necesidad de descartar el péptido traducido y el ARNm. Este tipo, que suele describirse como una ralentización, suele estar causada por estiramientos de poliprolina (resueltos por EFP o eIF5A) y ARNt sin carga . [4] Las ralentizaciones son importantes para que la célula controle la cantidad de proteína que se produce; [10] también ayudan al plegamiento co-traduccional del polipéptido naciente en el ribosoma y retrasan la traducción de la proteína mientras codifica el ARNm; esto puede desencadenar el cambio de marco ribosómico . [11]
Los bloqueos más graves pueden ser causados por una falta real de ARNt o por la terminación del ARNm sin un codón de terminación . [4] En este caso, el control de calidad ribosomal (RQC) realiza un rescate de crisis mediante el abandono de la traducción. Esto libera el ribosoma del ARNm. El polipéptido incompleto es el objetivo de la destrucción; en eucariotas, también se desencadena la descomposición del ARNm sin posibilidad de interrupción . [11]
Es difícil para la maquinaria de RQC diferenciar entre una desaceleración y un estancamiento. Es posible que una secuencia de ARNm que normalmente produce una proteína lentamente no produzca nada en cambio debido a la intervención de RQC en diferentes condiciones. [12]
En las bacterias se conocen tres mecanismos de rescate.
En eucariotas, el mecanismo principal involucra a PELO : HBS1L . [4]
Cuando el movimiento del ribosoma en el ARNm no es lineal, el ribosoma se detiene en diferentes regiones sin una razón precisa. La posición de la pausa del ribosoma ayudará a identificar las características de la secuencia del ARNm, la estructura y el factor de transacción que modula este proceso. [15] La ventaja de los sitios de pausa ribosomal que se encuentran en los límites de los dominios proteicos es que ayudan al plegamiento de una proteína. [1] Hay momentos en que la pausa ribosomal no causa una ventaja y necesita ser restringida. En la traducción, elF5A inhibe la pausa ribosomal para que la traducción funcione mejor. La pausa ribosomal puede causar más codones de inicio no canónicos sin elF5A en las células eucariotas. Cuando hay una falta de elF5A en la célula eucariota, puede causar un aumento en la pausa ribosomal. [16] El proceso de pausa ribosomal también puede ser utilizado por los aminoácidos para controlar la traducción. [10]
Se sabe que los ribosomas se detienen en sitios distintos, pero las razones de estas pausas son en su mayoría desconocidas. Además, el ribosoma se detiene si se interrumpe el pseudonudo . El 10% del ribosoma se detiene en el pseudonudo y el 4% de los ribosomas terminan. Antes de que el ribosoma se obstruya, pasa el pseudonudo. [17] Un grupo de la Universidad de California organizó un ensayo en un esfuerzo por mostrar un modelo de ARNm. La traducción se monitoreó en dos sistemas in vitro. Se encontró que los ribosomas traductores no se distribuyen uniformemente a lo largo de un ARNm. [8] El plegamiento de proteínas in vivo también es importante y está relacionado con la síntesis de proteínas. Para encontrar la ubicación de la pausa ribosomal in vivo , los métodos que se han utilizado para encontrar la pausa ribosomal in vitro se pueden cambiar para encontrar estas ubicaciones específicas in vivo. [6]
El perfilado de ribosomas es un método que puede revelar sitios de pausa a través de la secuenciación de los fragmentos protegidos de ribosomas (RPF o huellas) para mapear la ocupación de ribosomas en el ARNm. El perfilado de ribosomas tiene la capacidad de revelar los sitios de pausa de ribosomas en todo el transcriptoma . Cuando se agrega la capa cinética, [18] revela el momento de la pausa y se lleva a cabo la traducción. [9] Sin embargo, el perfilado de ribosomas aún se encuentra en etapas iniciales y tiene sesgos que deben explorarse más a fondo. [19] El perfilado de ribosomas permite medir la traducción con mayor precisión y exactitud. Durante este proceso, la traducción debe detenerse para que se realice el perfilado de ribosomas. Esto puede causar un problema con el perfilado de ribosomas porque los métodos que se utilizan para detener la traducción en un experimento pueden afectar el resultado, lo que causa resultados incorrectos. El perfilado de ribosomas es útil para obtener información específica sobre la traducción y el proceso de síntesis de proteínas. [20]