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Ribonucleasa P

Estructura cristalina de una holoenzima bacteriana de ribonucleasa P en complejo con ARNt (amarillo), que muestra iones metálicos involucrados en la catálisis (esferas rosas), PDB : 3Q1R

La ribonucleasa P ( EC 3.1.26.5, RNase P ) es un tipo de ribonucleasa que escinde el ARN . La RNasa P se diferencia de otras RNasas en que es una ribozima , un ácido ribonucleico que actúa como catalizador de la misma manera que lo haría una enzima basada en proteínas . Su función es escindir una secuencia extra o precursora de ARN en las moléculas de ARNt . [1] Además, la RNasa P es una de las dos ribozimas de recambio múltiple conocidas en la naturaleza (la otra es el ribosoma ), cuyo descubrimiento les valió a Sidney Altman y Thomas Cech el Premio Nobel de Química en 1989: en la década de 1970, Altman descubrió la existencia de ARNt precursor con secuencias flanqueantes y fue el primero en caracterizar la RNasa P y su actividad en el procesamiento de la secuencia líder 5 ' del ARNt precursor. Hallazgos recientes también revelan que la RNasa P tiene una nueva función. [2] Se ha demostrado que la ARNasa P nuclear humana es necesaria para la transcripción normal y eficiente de varios ARN pequeños no codificantes , como los genes tRNA, 5S rRNA , SRP RNA y U6 snRNA , [3] que se transcriben mediante la ARN polimerasa III. , una de las tres principales ARN polimerasas nucleares en células humanas.

En bacterias

La ARNasa P bacteriana tiene dos componentes: una cadena de ARN, llamada ARN M1, y una cadena polipeptídica, o proteína, llamada proteína C5. [4] [5] In vivo , ambos componentes son necesarios para que la ribozima funcione correctamente, pero in vitro , el ARN M1 puede actuar solo como catalizador. [1] La función principal de la proteína C5 es mejorar la afinidad de unión al sustrato y la velocidad catalítica de la enzima ARN M1, probablemente aumentando la afinidad del ion metálico en el sitio activo. La estructura cristalina de una holoenzima bacteriana de ARNasa P con ARNt se resolvió recientemente, lo que muestra cómo los grandes dominios helicoidales apilados coaxialmente del ARN de ARNasa P participan en el reconocimiento selectivo de la forma del objetivo pre-ARNt. Esta estructura cristalina confirma modelos anteriores de catálisis y reconocimiento de sustratos, identifica la ubicación del sitio activo y muestra cómo el componente proteico aumenta la funcionalidad de la RNasa P. [6] [7]

ARNasa bacteriana P clase A y B

La ribonucleasa P (RNasa P) es una endoribonucleasa ubicua que se encuentra en arqueas, bacterias y eucariotas, así como en cloroplastos y mitocondrias. Su actividad mejor caracterizada es la generación de extremos 5' maduros de ARNt mediante la escisión de los elementos líderes 5' de los ARNt precursores. Las RNasa Ps celulares son ribonucleoproteínas (RNP). El ARN de la RNasa Ps bacteriana conserva su actividad catalítica en ausencia de la subunidad proteica, es decir, es una ribozima. No se ha demostrado que el ARN de ARNasa P aislado de eucarióticos y arqueales conserve su función catalítica, pero sigue siendo esencial para la actividad catalítica de la holoenzima. Aunque las holoenzimas arqueales y eucariotas tienen un contenido de proteínas mucho mayor que las eubacterianas, los núcleos de ARN de los tres linajes son homólogos: las hélices correspondientes a P1, P2, P3, P4 y P10/11 son comunes a todas las ARNasa P celulares. ARN. Sin embargo, existe una variación considerable en la secuencia, particularmente entre los ARN eucariotas.

en arqueas

En las arqueas , las ribonucleoproteínas RNasa P constan de 4 a 5 subunidades proteicas que están asociadas con el ARN. Como lo revelan los experimentos de reconstitución in vitro, estas subunidades de proteínas son prescindibles individualmente para el procesamiento del ARNt que está esencialmente mediado por el componente de ARN. [8] [9] [10] Las estructuras de las subunidades proteicas de la RNasa P de arqueas se han resuelto mediante cristalografía de rayos X y RMN , revelando así nuevos dominios proteicos y plegamientos fundamentales para su función.

Utilizando genómica comparada y métodos computacionales mejorados, se ha encontrado una forma radicalmente minimizada del ARN RNasa P, denominada "Tipo T", en todos los genomas completos de la familia filogenética crenarchaeal Thermoproteaceae, incluidas especies de los géneros Pyrobaculum, Caldivirga y Vulcanisaeta. [11] Todos conservan un dominio catalítico convencional, pero carecen de un dominio de especificidad reconocible. Se confirmó experimentalmente la actividad de procesamiento del ARNt 5' del ARN solo. Los ARN de Pyrobaculum y Caldivirga RNase P son la forma natural más pequeña que hasta ahora se ha descubierto que funciona como ribozimas de acción trans. [11] La pérdida del dominio de especificidad en estos ARN sugiere una posible especificidad de sustrato alterada.

Recientemente se ha argumentado que la archaebacteriium Nanoarchaeum equitans no posee RNasa P. Los estudios computacionales y experimentales no lograron encontrar evidencia de su existencia. En este organismo, el promotor del ARNt está cerca del gen del ARNt y se cree que la transcripción comienza en la primera base del ARNt, eliminando así la necesidad de ARNasa P. [12]

En eucariotas

En los eucariotas , como los humanos y las levaduras , [13] la mayor parte de la RNasa P consiste en una cadena de ARN que es estructuralmente similar a la que se encuentra en las bacterias [14], así como de nueve a diez proteínas asociadas (a diferencia de la única proteína bacteriana RNasa P , C5). [2] [15] Cinco de estas subunidades proteicas exhiben homología con sus contrapartes arqueales. Estas subunidades proteicas de la RNasa P se comparten con la RNasa MRP , [15] [16] [17] una ribonucleoproteína catalítica implicada en el procesamiento del ARN ribosómico en el nucléolo . [18] Sólo recientemente se demostró que la RNasa P de eucariotas es una ribozima. [19] En consecuencia, las numerosas subunidades proteicas de la RNasa P eucarística tienen una contribución menor al procesamiento del ARNt per se, [20] mientras que parecen ser esenciales para la función de la RNasa P y la RNasa MRP en otros entornos biológicos, como la transcripción de genes. y el ciclo celular . [3] [21] A pesar de los orígenes bacterianos de las mitocondrias y los cloroplastos, los plastidios de animales y plantas superiores no parecen contener una ARNasa P basada en ARN. Se ha demostrado que la ARNasa P mitocondrial humana es una proteína y no contiene ARN. . [22] También se ha demostrado que la ARNasa P del cloroplasto de espinaca funciona sin una subunidad de ARN. [23]

Terapias que utilizan RNasa P

La RNasa P ahora se está estudiando como una terapia potencial para enfermedades como el virus del herpes simple , [24] citomegalovirus , [24] [25] influenza y otras infecciones respiratorias, [26] VIH-1 [27] y el cáncer causado por el gen de fusión. BCR-ABL . [24] [28] Las secuencias guía externas (EGS) se forman con complementariedad con el ARNm viral u oncogénico y las estructuras que imitan el bucle T y el tallo aceptor del ARNt . [26] Estas estructuras permiten que la RNasa P reconozca el EGS y escinda el ARNm objetivo. Las terapias con EGS han demostrado ser eficaces en cultivos y en ratones vivos. [29]

Referencias

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Otras lecturas

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