El ARN prerribosómico (pre-ARNr) es el precursor del ARN ribosomal maduro ( ARNr ), que es un componente de los ribosomas . El pre-ARNr se transcribe primero a partir del ADN ribosómico (ADNr), luego se escinde y se procesa en ARNr maduro.
Durante o inmediatamente después de la transcripción del pre-ARNr a partir del ADNr en el nucleolo , el precursor del ARN ribosómico (pre-ARNr) se modifica y se asocia con algunas proteínas ribosómicas. [1] Los ARN nucleolares pequeños ( snoRNA ) dictan las modificaciones mediante el emparejamiento de bases con sitios objetivo en el pre-rRNA eucariota y también pueden desempeñar un papel en el plegamiento del pre-rRNA. El pre-ARNr contiene espaciadores transcritos externos (5'-ETS, 3'-ETS) en ambos extremos, así como espaciadores transcritos internos (ITS1, ITS2). Las escisiones en los sitios A' y T1 eliminan el 5'-ETS y el 3'-ETS, respectivamente. Las escisiones en los sitios A0, 1 y 2 dan lugar al ARNr 18S. La escisión del sitio 3 puede tener lugar antes o después de la escisión en los sitios A0, 1 y 2 y puede ser responsable del enlace entre las vías de procesamiento del ARNr 18S y 28S. Los últimos pasos del procesamiento del ARNr requieren escisiones en 3, 4', 4 y 5 para generar ARNr 5.8S y 28S maduro .
Las investigaciones sugieren que, ya sea simultáneamente o inmediatamente después de la síntesis de pre-ARNr, se realizan modificaciones internas en regiones de los componentes del ARNr, 18S, 5.8S y 28S , que varían según el tipo de célula. Las modificaciones del pre-ARNr de Xenopus incluyen diez metilaciones de bases, 105 2'-O-metilaciones de ribosa y alrededor de 100 pseudouridinas, mientras que el ARNr de levadura tiene solo la mitad de estas modificaciones. [2] Los pares de bases del ARN nucleolar pequeño con el pre-ARNr determinan el sitio de las modificaciones. Las familias individuales de snoRNA realizan diferentes modificaciones. El snoRNA de Box C/D guía la formación de 2'-O-Me, mientras que el snoRNA de Box H/ACA guía la formación de pseudouridinas. Se cree que el emparejamiento de bases del snoRNA con el pre-rRNA actúa como acompañante en el plegamiento del rRNA maduro.
El pre-ARNr comprende tres tamaños principales; 37S (levadura), 40S (Xenopus) y 45S (mamíferos). En una serie de pasos, casi 80 proteínas ribosómicas se ensamblan con el pre-ARNr. Durante la transcripción del pre-ARNr, se asocian proteínas de unión ribosómica temprana. [3] Se cree que esta RNP 30S que contiene pre-ARNr 45S es el precursor de la RNP 80S, que a su vez es el precursor de la RNP 55S. 55S RNP constituye ~75% de la población nucleolar de preribosomas. [4]
Para formar ARNr maduro 18S, 5.8S y 28S, el pre-ARNr 40S (Xenopus) y 45S (mamíferos) deben pasar por una serie de escisiones para eliminar los espaciadores externos e internos (ETS/ITS). Esto se puede hacer en una de dos vías. La ruta 1 comienza con la escisión en el sitio 3, que separa las regiones codificantes de ARNr 5.8S y 28S en el pre-ARN 32S de la región codificante de ARNr 18S en el pre-ARNr 20S. La vía 2 se escinde inicialmente en los sitios A0, 1 y 2, antes de escindirse en el sitio 3. [5]
El snoRNA U3, el snoRNA más abundante necesario para el procesamiento del rRNA, influye en la vía elegida. [6] Se asocia con el pre-ARNr a través de interacciones proteína-proteína, así como mediante emparejamiento de bases. Para permitir que U3 funcione correctamente, se requiere el emparejamiento de bases entre la región bisagra 3' de U3 y las secuencias complementarias en 5'-ETS. Sin embargo, puede ocurrir un emparejamiento entre la bisagra 5' de U3 y 5'-ETS, pero no es necesario para su funcionamiento. [7] La nucleolina, una fosfoproteína abundante, se une al pre-ARNr inmediatamente después de la transcripción y facilita el emparejamiento de bases entre las bisagras del ARNsno U3 y el ETS. [8]
El área donde el 5'-ETS está entrecruzado con U3 se conoce como sitio A' y, a veces, se escinde en un evento de procesamiento primario en el pre-ARNr de mamíferos. La escisión de este sitio depende de los snoRNA U3, U14, E1 y E3, y aunque esta escisión no es un requisito previo para el procesamiento del pre-rRNA, el acoplamiento de snoRNP es crucial para la producción de 18S rRNA. Poco después de la escisión de A', el snoRNA U8 escinde el 3'-ETS en el sitio T1.
La escisión posterior en los sitios A0, 1 y 2 requiere snoRNA U3, snoRNA U14 snR30 y snR10 en levadura, así como snoRNA U22 en Xenopus. La escisión de estos sitios se coordina para dar como resultado un ARNr 18S maduro. La escisión A0 requiere la Caja A de snoRNA U3. [9] Si la Caja A de U3 está mutada, la escisión de A0 se inhibe y, aunque el pre-ARNr 20S se acumula, no se procesa en ARNr 19S y la escisión en los sitios 2 también se inhibe, lo que sugiere que la escisión en A0 precede a la de los sitios 1. y 2. El mecanismo para la escisión del sitio 1 aún no se conoce; sin embargo, la posición de la Caja A U3 cerca del sitio 1 ayuda a demostrar que la Caja A es nuevamente necesaria para la escisión del sitio A1. [10] Sin embargo, el sitio 2 requiere el extremo 3' de BoxA' y snoRNA U3 para la escisión. Una vez que se escinde el sitio 2, el ARNr 18S se libera del pre-ARNr.
Mientras que se requiere snoRNA U3 para la formación de rRNA 18S, se requiere snoRNA U8 para la formación de rRNA 5.8S y 28S. [11] La escisión se produce en el sitio 3, que está cerca del final de ITS1 y posteriormente forma el pre-ARNr 32S, un intermediario de larga duración. La escisión en el sitio 4', dentro de ITS2, produce un precursor de ARN 5.8S que es más largo en su extremo 3'. Para recortar el extremo 3', la escisión debe ocurrir en los sitios 4 y 5. Se plantea la hipótesis de que el sitio 3 puede servir como enlace entre las vías de procesamiento de ARNr 18S y 28S en organismos superiores. [12]
El pre-ARNr en todos los reinos biológicos muestra similitudes y diferencias. Las eubacterias contienen ARNr 16S y 23S que residen en la parte superior de tallos largos con pares de bases que sirven como sitio para el procesamiento de la escisión de la ARNasa III . [13] Estos dos tallos también se encuentran en el pre-ARNr de arqueobacterias , sin embargo, no existen en el pre-ARNr de Xenopus. Se cree que, si bien el emparejamiento de bases ocurre en todos los tipos de pre-ARNr, ocurre en cis en el pre-ARNr eubacteriano, mientras que en eucariotas ocurre en trans entre los snoRNA y los extremos de las regiones codificantes de rRNA en el pre-rRNA. No está del todo claro por qué los tres reinos poseen pre-ARNr, en lugar de transcribir directamente formas maduras de ARNr, pero se cree que los espacios transcritos en el pre-ARNr pueden tener algún tipo de papel en el plegamiento adecuado del ARNr.