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Bucle R

Representación esquemática de los factores que promueven la formación y estabilización del bucle R

Un bucle R es una estructura de ácido nucleico de tres cadenas, compuesta por un híbrido de ADN: ARN y el ADN monocatenario asociado sin plantilla . Los bucles R pueden formarse en diversas circunstancias y pueden ser tolerados o eliminados por los componentes celulares. El término "bucle R" se le dio para reflejar la similitud de estas estructuras con los bucles D ; la "R" en este caso representa la participación de una fracción de ARN .

En el laboratorio, los bucles R se pueden crear mediante la transcripción de secuencias de ADN (por ejemplo, aquellas que tienen un alto contenido de GC) que favorecen la hibridación del ARN detrás de la ARN polimerasa en progreso. [1] Se requieren al menos 100 pb de híbrido ADN:ARN para formar una estructura de bucle R estable. Los bucles R también se pueden crear mediante la hibridación de ARNm maduro con ADN bicatenario en condiciones que favorezcan la formación de un híbrido ADN-ARN; en este caso, las regiones intrón (que se han empalmado fuera del ARNm) forman bucles de ADN monocatenario, ya que no pueden hibridarse con la secuencia complementaria en el ARNm. [2]

Historia

Una ilustración que muestra cómo un híbrido de ADN-ARNm forma bucles R en las regiones donde se han eliminado intrones mediante el empalme de exones.

El bucle R se describió por primera vez en 1976. [3] Estudios independientes sobre el bucle R realizados en los laboratorios de Richard J. Roberts y Phillip A. Sharp demostraron que los genes de adenovirus que codifican proteínas contenían secuencias de ADN que no estaban presentes en el ARNm maduro. [4] [5] Roberts y Sharp recibieron el Premio Nobel en 1993 por descubrir independientemente los intrones. Después de su descubrimiento en el adenovirus, se encontraron intrones en varios genes eucariotas , como el gen eucariota de la ovoalbúmina (primero por el laboratorio de O'Malley, luego confirmado por otros grupos), [6] [7] el ADN hexónico , [4] y los genes extracromosómicos del ARNr de Tetrahymena thermophila . [8]

A mediados de la década de 1980, el desarrollo de un anticuerpo que se une específicamente a la estructura del bucle R abrió la puerta a los estudios de inmunofluorescencia , así como a la caracterización de la formación del bucle R en todo el genoma mediante DRIP-seq . [9]

Mapeo de bucle R

El mapeo de bucles R es una técnica de laboratorio que se utiliza para distinguir intrones de exones en ADN bicatenario. [10] Estos bucles R se visualizan mediante microscopía electrónica y revelan regiones de intrones del ADN mediante la creación de bucles no unidos en estas regiones. [11]

Bucles Ren vivo

El potencial de los R-loops para servir como iniciadores de replicación se demostró en 1980. [12] En 1994, se demostró la presencia de R-loops in vivo a través del análisis de plásmidos aislados de mutantes de E. coli que portaban mutaciones en la topoisomerasa . [13] Este descubrimiento de R-loops endógenos , junto con los rápidos avances en las tecnologías de secuenciación genética , inspiró un florecimiento de la investigación de R-loops a principios de la década de 2000 que continúa hasta el día de hoy. [14]

Regulación de la formación y resolución del bucle R

Hay más de 50 proteínas que parecen influir en la acumulación del bucle R, y aunque se cree que muchas de ellas contribuyen secuestrando o procesando el ARN recién transcrito para evitar la reasociación a la plantilla, los mecanismos de interacción del bucle R para muchas de estas proteínas aún deben determinarse. [15]

Hay tres clases principales de enzimas que pueden eliminar el ARN que queda atrapado en el dúplex dentro de un bucle R. Las enzimas RNasaH son las proteínas principales responsables de la disolución de los bucles R, actuando para degradar la fracción de ARN con el fin de permitir que las dos cadenas de ADN complementarias se asocien. [16] Alternativamente, las helicasas actúan para desenrollar el dúplex ARN:ADN para que se libere el ARN. La senataxina es una helicasa que puede moverse a lo largo del ARN monocatenario y parece ser necesaria para prevenir la formación de bucles R en los sitios de pausa de la transcripción. [17] La ​​tercera clase de enzimas capaz de eliminar bucles R son las translocasas de punto de ramificación como FANCM , SMARCAL1 y ZRANB3 en humanos o RecG en bacterias. [1] Las translocasas de punto de ramificación actúan sobre el ADN bicatenario adyacente al híbrido ADN:ARN. Al empujar en el punto de ramificación, actúan para "cerrar" el ADN y expulsar el ARN atrapado. Esto hace que las translocasas de punto de ramificación sean eficientes para eliminar tanto el ARN como las proteínas que están unidas a la estructura del bucle R. Las translocasas de punto de ramificación pueden trabajar junto con la ARNasa H y las helicasas en algunos tipos de bucles R que se producen en estructuras desafiantes.

Funciones de los bucles R en la regulación genética

La formación de bucles R es un paso clave en el cambio de clase de inmunoglobulina , un proceso que permite que las células B activadas modulen la producción de anticuerpos . [18] También parecen desempeñar un papel en la protección de algunos promotores activos de la metilación . [19] La presencia de bucles R también puede inhibir la transcripción. [20] Además, la formación de bucles R parece estar asociada con la cromatina "abierta" , característica de las regiones transcritas activamente. [21] [22]

Los bucles R como daño genético

Cuando se forman bucles R no programados, pueden causar daños mediante varios mecanismos diferentes. [23] El ADN monocatenario expuesto puede ser atacado por mutágenos endógenos, incluidas enzimas modificadoras de ADN como la citidina desaminasa inducida por activación , y puede bloquear las horquillas de replicación para inducir el colapso de la horquilla y las posteriores rupturas de doble cadena. [24] Además, los bucles R pueden inducir una replicación no programada al actuar como un cebador . [12] [22]

La acumulación de bucles R se ha asociado con una serie de enfermedades, entre ellas la esclerosis lateral amiotrófica tipo 4 (ELA4) , la ataxia oculomotora-apraxia tipo 2 (AOA2) , el síndrome de Aicardi-Goutières , el síndrome de Angelman , el síndrome de Prader-Willi y el cáncer. [14] Los genes asociados con la anemia de Fanconi también parecen ser importantes para el mantenimiento de la estabilidad del genoma en condiciones en las que se acumulan bucles R. [25]

R-loops, intrones y daño del ADN

Los intrones son regiones no codificantes dentro de los genes que se transcriben junto con las regiones codificantes de los genes, pero que posteriormente se eliminan de la transcripción primaria de ARN mediante empalme . Las regiones de ADN transcritas activamente a menudo forman bucles R que son vulnerables al daño del ADN . Los intrones reducen la formación de bucles R y el daño del ADN en genes de levadura altamente expresados. [26] El análisis de todo el genoma mostró que los genes que contienen intrones muestran niveles disminuidos de bucles R y daño del ADN disminuido en comparación con los genes sin intrones de expresión similar tanto en levaduras como en humanos. [26] La inserción de un intrón dentro de un gen propenso a bucles R también puede suprimir la formación y recombinación de bucles R. Bonnet et al. (2017) [26] especularon que la función de los intrones en el mantenimiento de la estabilidad genética puede explicar su mantenimiento evolutivo en ciertas ubicaciones, particularmente en genes altamente expresados.

Véase también

Referencias

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