La desintegración del ARNm mediada por tonterías ( NMD ) es una vía de vigilancia que existe en todos los eucariotas . Su función principal es reducir los errores en la expresión génica eliminando los transcritos de ARNm que contienen codones de parada prematuros . [1] La traducción de estos ARNm aberrantes podría, en algunos casos, conducir a una ganancia de función nociva o a una actividad dominante negativa de las proteínas resultantes. [2]
La NMD se describió por primera vez en células humanas y en levaduras casi simultáneamente en 1979. Esto sugirió una amplia conservación filogenética y un importante papel biológico de este intrigante mecanismo. [3] La NMD se descubrió cuando se descubrió que las células a menudo contienen concentraciones inesperadamente bajas de ARNm que se transcriben a partir de alelos que portan mutaciones sin sentido . [4] Las mutaciones sin sentido codifican un codón de parada prematuro que hace que la proteína se acorte. La proteína truncada puede ser funcional o no, dependiendo de la gravedad de lo que no se traduce. En genética humana, NMD tiene la posibilidad no solo de limitar la traducción de proteínas anormales, sino que ocasionalmente puede causar efectos perjudiciales en mutaciones genéticas específicas. [5]
La NMD funciona para regular numerosas funciones biológicas en una amplia gama de células, incluida la plasticidad sináptica de las neuronas que pueden moldear el comportamiento adulto. [6]
Si bien muchas de las proteínas involucradas en la NMD no se conservan entre especies, en Saccharomyces cerevisiae (levadura), hay tres factores principales en la NMD: UPF1 , UPF2 y UPF3 ( UPF3A y UPF3B en humanos), que conforman el núcleo conservado de la NMD. Vía NMD. [7] Estos tres factores son elementos de acción trans llamados proteínas de desplazamiento ascendente (UPF). En los mamíferos, UPF2 y UPF3 son parte del complejo de unión exón-exón (EJC) unido al ARNm después del corte y empalme junto con otras proteínas, eIF4AIII, MLN51 y el heterodímero Y14/MAGOH, que también funcionan en NMD. La fosforilación de UPF1 está controlada por las proteínas SMG-1, SMG-5, SMG-6 y SMG-7.
El proceso de detección de transcripciones aberrantes ocurre durante la traducción del ARNm. Un modelo popular para la detección de transcripciones aberrantes en mamíferos sugiere que durante la primera ronda de traducción, el ribosoma elimina los complejos de unión exón-exón unidos al ARNm después de que se produce el empalme. Si tras esta primera ronda de traducción, alguna de estas proteínas permanece unida al ARNm, se activa NMD. Los complejos de unión exón-exón ubicados aguas abajo de un codón de terminación no se eliminan de la transcripción porque el ribosoma se libera antes de llegar a ellos. La terminación de la traducción conduce al ensamblaje de un complejo compuesto por UPF1, SMG1 y los factores de liberación, eRF1 y eRF3, en el ARNm. Si se deja un EJC en el ARNm porque la transcripción contiene un codón de parada prematuro, entonces UPF1 entra en contacto con UPF2 y UPF3, lo que desencadena la fosforilación de UPF1. En los vertebrados, la ubicación del último complejo exón-unión en relación con el codón de terminación generalmente determina si el transcrito se someterá a NMD o no. Si el codón de terminación está aguas abajo o dentro de aproximadamente 50 nucleótidos del complejo exón-unión final, entonces el transcrito se traduce normalmente. Sin embargo, si el codón de terminación está a más de aproximadamente 50 nucleótidos aguas arriba de cualquier complejo exón-unión, entonces el transcrito está regulado negativamente por NMD. [8] El UPF1 fosforilado luego interactúa con SMG-5, SMG-6 y SMG-7, que promueven la desfosforilación de UPF1. Se cree que SMG-7 es el efector terminal en NMD, ya que se acumula en los cuerpos P , que son sitios citoplásmicos para la descomposición del ARNm. Tanto en las células de levadura como en las humanas, la vía principal para la descomposición del ARNm se inicia con la eliminación de la tapa 5' seguida de la degradación por XRN1, una enzima exoribonucleasa. La otra vía por la que se degrada el ARNm es mediante la muerte por muerte desde 3'-5'.
Además del papel bien reconocido de NMD en la eliminación de transcripciones aberrantes, existen transcripciones que contienen intrones dentro de sus 3'UTR. [9] Se predice que estos mensajes serán objetivos de NMD, pero (por ejemplo, la proteína asociada al citoesqueleto regulada por actividad, conocida como Arc) pueden desempeñar funciones biológicas cruciales, lo que sugiere que la NMD puede tener funciones fisiológicamente relevantes. [9]
Aunque la desintegración del ARNm mediada por sin sentido reduce los codones sin sentido, pueden ocurrir mutaciones que conduzcan a diversos problemas de salud y enfermedades en los humanos. Puede ocurrir una mutación de ganancia de función dominante negativa o perjudicial si se traducen codones de terminación prematura (sin sentido). La NMD se está volviendo cada vez más evidente en la forma en que modifica las consecuencias fenotípicas debido a la amplia forma en que controla la expresión genética. Por ejemplo, el trastorno sanguíneo Beta talasemia se hereda y es causado por mutaciones dentro de la región aguas arriba del gen de la β-globina. [10] Un individuo que porta solo un alelo afectado tendrá niveles extremadamente bajos o nulos del ARNm de β-globina mutante. Puede producirse una forma aún más grave de la enfermedad llamada talasemia intermedia o talasemia del "cuerpo de inclusión". En lugar de niveles reducidos de ARNm, un transcrito mutante produce cadenas β truncadas, lo que a su vez conduce a un fenotipo clínico en el heterocigoto. [10] Las mutaciones de descomposición mediadas por tonterías también pueden contribuir al síndrome de Marfan . Este trastorno es causado por mutaciones en el gen de fibrilina 1 (FBN1) y es el resultado de una interacción negativa dominante entre el gen de fibrilina-1 mutante y de tipo salvaje. [10]
Esta vía tiene un efecto significativo en la forma en que se traducen los genes, restringiendo la cantidad de expresión genética. Todavía es un campo nuevo en genética, pero su papel en la investigación ya ha llevado a los científicos a descubrir numerosas explicaciones para la regulación genética. El estudio de la descomposición sin sentido ha permitido a los científicos determinar las causas de ciertas enfermedades hereditarias y la compensación de dosis en los mamíferos.
El gen de la proopiomelanocortina (POMC) se expresa en el hipotálamo, en la glándula pituitaria. Produce una variedad de péptidos y hormonas biológicamente activos y se somete a un procesamiento postraduccional específico de tejido para producir una variedad de péptidos biológicamente activos que producen la hormona adrenocorticotrópica (ACTH), b-endorfina y hormona estimulante de los melanocitos a, b y c ( MSH). [ cita necesaria ] Estos péptidos luego interactúan con diferentes receptores de melanocortina (MCR) y participan en una amplia gama de procesos que incluyen la regulación del peso corporal (MC3R y MC4R), la esteroidogénesis suprarrenal (MC2R) y la pigmentación del cabello (MC1R). [11] Publicado en las Asociaciones Británicas de Dermatólogos en 2012, La falta de fenotipo de cabello rojo en un niño obeso homocigoto del norte de África para una nueva mutación nula de POMC mostró una evaluación del ARN de descomposición mediada sin sentido en un análisis químico del pigmento del cabello. Descubrieron que la inactivación de la mutación del gen POMC provoca obesidad, insuficiencia suprarrenal y pelo rojo. Esto se ha observado tanto en humanos como en ratones. En este experimento describieron a un niño de 3 años de Roma, Italia. Fue una fuente de atención porque tenía la enfermedad de Addison y obesidad de inicio temprano. Recogieron su ADN y lo amplificaron mediante PCR. El análisis de secuenciación reveló una única sustitución homocigótica que determina un codón de parada. Esto provocó una proteína aberrante y la secuencia de aminoácidos correspondiente indicó la posición exacta del nucleótido homocigoto. La sustitución se localizó en el exón 3 y la mutación sin sentido en el codón 68. Los resultados de este experimento sugieren fuertemente que la ausencia de cabello rojo en pacientes no europeos con obesidad de inicio temprano y deficiencia hormonal no excluye la aparición de mutaciones POMC. [11] Al secuenciar el ADN de los pacientes, descubrieron que esta nueva mutación tiene una serie de síntomas debido a un mal funcionamiento de la vía de vigilancia de la descomposición del ARNm mediada sin sentido.
Ha habido evidencia de que la vía de desintegración del ARNm mediada sin sentido participa en la compensación de la dosis del cromosoma X en los mamíferos. En eucariotas superiores con cromosomas sexuales dimórficos, como los humanos y las moscas de la fruta, los machos tienen un cromosoma X , mientras que las hembras tienen dos. Estos organismos han desarrollado un mecanismo que compensa no sólo el diferente número de cromosomas sexuales entre los dos sexos, sino también las diferentes proporciones X/autosoma. [12] En este estudio de todo el genoma, los científicos descubrieron que los genes autosómicos tienen más probabilidades de sufrir una descomposición mediada por sin sentido que los genes ligados al cromosoma X. Esto se debe a que NMD afina los cromosomas X y se demostró al inhibir la vía. Los resultados fueron que la expresión génica equilibrada entre X y la expresión génica de los autosomas disminuyó entre un 10% y un 15% sin importar el método de inhibición. La vía NMD está sesgada hacia la expresión deprimente de una población más grande o de genes autosómicos que los ligados al cromosoma X. En conclusión, los datos respaldan la opinión de que el acoplamiento de empalme alternativo y NMD es un medio generalizado de regulación de la expresión génica. [12]
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