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Factor de especificidad de escisión y poliadenilación.

El factor de especificidad de escisión y poliadenilación ( CPSF ) participa en la escisión de la región de señalización 3' de una molécula de ARN premensajero (pre-ARNm) recién sintetizada en el proceso de transcripción genética . En los eucariotas, los precursores del ARN mensajero (pre-ARNm) se transcriben en el núcleo a partir del ADN mediante la enzima ARN polimerasa II. El pre-ARNm debe sufrir modificaciones postranscripcionales, formando ARN maduro (ARNm), antes de que pueda ser transportado al citoplasma para su traducción en proteínas. Las modificaciones postranscripcionales son: la adición de una tapa m7G en 5', empalme de secuencias intrónicas y escisión y poliadenilación en 3'. [1]

Según Schönemann et al., "CPSF reconoce la señal de poliadenilación (PAS), proporcionando especificidad de secuencia en la escisión y poliadenilación del pre-ARNm, y cataliza la escisión del pre-ARNm". [2] Es necesario inducir la pausa de la ARN polimerasa una vez que reconoce un PAS funcional. [3] Es la primera proteína que se une a la región de señalización cerca del sitio de escisión del pre-ARNm, al que se agregará la cola poli(A) mediante el polinucleótido adenililtransferasa . La región de señalización de 10 a 30 nucleótidos aguas arriba del sitio de escisión, señal de poliadenilación (PAS), tiene la secuencia de nucleótidos canónica AAUAAA, que está altamente conservada en la gran mayoría de los pre-ARNm. La región AAUAAA suele estar definida por un dinucleótido de citosina/adenina (CA), que es la secuencia preferida, es decir, en 5' con respecto al sitio de escisión endonucleolítica. [2] [4] Una segunda región de señalización aguas abajo, ubicada aproximadamente a 40 nucleótidos aguas abajo del sitio de escisión en la porción del pre-ARNm que se escinde antes de la poliadenilación, consiste en una región rica en U/GU necesaria para un procesamiento eficiente. Este fragmento aguas abajo está degradado. El ARN maduro se transporta al citoplasma, donde se traduce en proteínas. [4] [5]

Estructura e interacciones de las proteínas

En los mamíferos, CPSF es un complejo proteico que consta de seis subunidades: CPSF-160 (CPSF1), CPSF-100 (CPSF2), CPSF-73 (CPSF3) y CPSF-30 (CPSF4) subunidades kDa, WDR33 y Fip1 (FIP1L1). ).

Complejo cuaternario del factor de especificidad de escisión y poliadenilación

Las subunidades forman dos componentes: factores de especificidad de poliadenilación de mamíferos (mPSF) y factor de escisión de mamíferos (mCF). El mPSF se compone de CPSF-160, WDR33, CPSF-30 y Fip1. Es necesario para el reconocimiento y poliadenilación de PAS. El mCF está formado por CPSF-73, CPSF-100 y symplekin. Cataliza la reacción de escisión reconociendo el sitio de procesamiento 3' del ARNm de histonas. [4] [5]

CPSF-73 es una hidrolasa dependiente de zinc que escinde el precursor de ARNm entre un dinucleótido CA justo aguas abajo de la secuencia señal de poliadenilación AAUAAA. [6] [7]

CPSF-100 contribuye a la actividad endonucleasa de CPSF-73. [2]

CPSF-160 (160 kDa) es la subunidad más grande de CPSF y se une directamente a la señal de poliadenilación AAUAAA. [8] 160 kDa tiene tres dominios de hélice β y un dominio C-terminal.

CPSF-30 (30 kDa) tiene cinco motivos de dedos de zinc Cys-Cys-Cys-His (CCCH) cerca del extremo N y un nudillo de zinc CCCH en el extremo C. Existen dos isoformas de CPSF-30 y se pueden encontrar en los complejos de CPSF. La actividad de unión al ARN de CPSF-30 está mediada por sus dedos de zinc 2 y 3. El dominio repetido WD 33 (146 kDa) tiene un dominio WD40 cerca del extremo N. El dominio WD40 interactúa con el ARN. WDR33 y CPSF-30 reconocen la señal de poliadenilación (PAS) en el pre-ARNm, lo que ayuda a definir la posición de escisión del ARN. CPSF-30 reconoce la región hexámera rica en AU mediante un mecanismo de unión cooperativo dependiente del metal. [4] [5] [9] [10]

Aunque CPSF-160 es la subunidad más grande de CPSF, un estudio realizado por Schönemann et al. debate que WDR33 es el responsable de reconocer el PAS y no CPSF-160 como se creía anteriormente. El estudio concluyó que la razón por la que se creía que CPSF-160 era responsable del reconocimiento del PAS se debía al hecho de que la subunidad WDR33 no se había descubierto en el momento del reclamo. [2]

Fip1 se une a los ARN ricos en U mediante su extremo C rico en arginina. Se une a secuencias de ARN aguas arriba de la región del hexámero AAUAAA in vitro. Fip1 y CPSF-160 reclutan poli(A) polimerasa (PAP) en el sitio de procesamiento 3'. [4] La PAP es estimulada por la proteína nuclear de unión poli(A) para agregar la cola poli(A), un residuo de adenosina sin plantilla, en el sitio de escisión. [3] [7]

Sólo CPSF-160, CPSF-30, Fip1 y WDR33 son necesarios y suficientes para formar un subcomplejo CPSF activo en la poliadenilación dependiente de AAUAAA. CPSF-73 y CPSF-100 son desechables. [2]

CPSF recluta proteínas en la región 3'. Las proteínas identificadas que están coordinadas por la actividad del CPSF incluyen: el factor estimulador de escisión y los dos factores de escisión poco conocidos . La unión del polinucleótido adenililtransferasa responsable de sintetizar realmente la cola es un requisito previo necesario para la escisión, lo que garantiza que la escisión y la poliadenilación sean procesos estrechamente acoplados.

genes

Poliadenilación alternativa (APA)

La poliadenilación alternativa (APA) es un mecanismo regulador que forma múltiples extremos 3' en el ARNm. [7]

Las isoformas APA del mismo gen pueden codificar diferentes proteínas y/o contener diferentes regiones 3' no traducidas (UTR). La desregulación de los APA se ha asociado con una serie de enfermedades humanas. Dado que las UTR más largas tienen más sitios de unión para microARN y/o proteínas de unión a ARN en comparación con las UTR más cortas, los APA requieren diferente estabilidad, eficiencia de traducción y/o localización intracelular. [4]

Los PAS de mamíferos tienen una serie de elementos cis clave .

Las secuencias PAS son variables y muchos PAS carecen de uno o más elementos cis . El reconocimiento de PAS se logra mediante interacciones proteína-ARN.

CPSF se une sinérgicamente al hexámero AAUAAA y CstF se une sinérgicamente al elemento aguas abajo (DSE). El complejo CFI se une a los motivos UGUA. CPSF, CstF y CFI se unen directamente al ARN. También reclutan otras proteínas como CFII, symplekin y la poli(A) polimerasa (PAP) para ensamblar el complejo de procesamiento 3' del ARNm, también conocido como complejo de escisión y poliadenilación. El ensamblaje de estos factores se ve facilitado por el dominio C-terminal (CTD) de la subunidad grande de la ARN polimerasa II (RNAP II). El CTD proporciona una plataforma de aterrizaje para los factores de procesamiento de ARNm. [4] [11]

Otros complejos proteicos en el complejo de escisión y poliadenilación

Symlekin (SYMPK) es una proteína de andamio que media en la interacción entre CPSF y CstF. [2]

En CPSF de mamíferos, tanto el factor de escisión I (CFI m ) como el factor de especificidad de escisión y poliadenilación (CPSF) son necesarios para la escisión y la poliadenilación, mientras que el factor de estimulación de escisión (CstF) solo es esencial para el paso de escisión. [12] CPSF y CstF viajan junto con la ARN polimerasa II (RNAP II) durante la transcripción del gen naciente en busca del PAS. [3]

El factor de escisión I (CFI m ) está formado por proteínas de 25 ( CPSF5 ), 59 (CPSF7) y 68 (CPSF6) kDa. El factor de escisión II (CFII m ) está formado por Pcf11, Clp1 y el factor de estimulación de escisión (CstF). CFII m se une al dominio C-terminal de RNAP II y a otros factores CpA. [3] [13]

El factor de estimulación de escisión (CstF) tiene tres subunidades: CstF77 (CstF3), CstF50 (CstF1) y CstF64 (CstF2 y CstF2T). CstF reconoce el PAS que se encuentra 20 nucleótidos aguas abajo de la región de señalización del sitio de escisión, que es un motivo de secuencia rico en GU seguido de secuencias ricas en U. CstF contribuye a la selección del sitio de escisión, así como a la poliadenilación alternativa. [4] [5] [13]

Procesos acoplados

El acoplamiento de la transcripción de la ARN polimerasa II (pol II) puede influir en las reacciones de procesamiento de tres maneras. [11]

  1. localización
    • posiciona los factores de procesamiento del ARNm en el complejo de elongación, lo que aumenta su concentración local en las proximidades de la transcripción naciente
  2. acoplamiento cinético
    • la velocidad de transcripción puede tener efectos profundos sobre el plegamiento del ARN y el ensamblaje de complejos de ARN-proteína
  3. alostérico
    • El contacto entre el complejo de elongación pol II y los factores de procesamiento del ARNm puede inhibir o activar alostéricamente los factores de procesamiento del ARNm.

Referencias

  1. ^ Mandel CR, Bai Y, Tong L (abril de 2008). "Factores proteicos en el procesamiento del extremo 3' del pre-ARNm". Ciencias de la vida celulares y moleculares . 65 (7–8): 1099–1122. doi :10.1007/s00018-007-7474-3. PMC  2742908 . PMID  18158581.
  2. ^ abcdef Schönemann L, Kühn U, Martin G, Schäfer P, Gruber AR, Keller W, et al. (noviembre de 2014). "Reconstitución de CPSF activo en poliadenilación: reconocimiento de la señal de poliadenilación por WDR33". Genes y desarrollo . 28 (21): 2381–2393. doi :10.1101/gad.250985.114. PMC 4215183 . PMID  25301781. 
  3. ^ abcd Murphy MR, Doymaz A, Kleiman FE (1 de enero de 2021). "Dinámica de la cola de poli (A): medición de la poliadenilación, muerte y longitud de la cola de poli (A)". En Tian B (ed.). Métodos en Enzimología . Procesamiento y metabolismo del extremo 3' del ARNm. vol. 655. Prensa académica. págs. 265–290. doi :10.1016/bs.mie.2021.04.005. ISBN 9780128235737. PMC  9015694 . PMID  34183126.
  4. ^ abcdefgh Shi Y, Manley JL (mayo de 2015). "El final del mensaje: múltiples interacciones proteína-ARN definen el sitio de poliadenilación del ARNm". Genes y desarrollo . 29 (9): 889–897. doi :10.1101/gad.261974.115. PMC 4421977 . PMID  25934501. 
  5. ^ abcd Sun Y, Zhang Y, Hamilton K, Manley JL, Shi Y, Walz T, Tong L (febrero de 2018). "Base molecular para el reconocimiento de la señal de poliadenilación humana AAUAAA". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 115 (7): E1419-E1428. Código Bib : 2018PNAS..115E1419S. doi : 10.1073/pnas.1718723115 . PMC 5816196 . PMID  29208711. 
  6. ^ Mandel CR, Kaneko S, Zhang H, Gebauer D, Vethantham V, Manley JL, Tong L (diciembre de 2006). "El factor de poliadenilación CPSF-73 es la endonucleasa de procesamiento del extremo 3' del pre-ARNm". Naturaleza . 444 (7121): 953–956. Código Bib :2006Natur.444..953M. doi : 10.1038/naturaleza05363. PMC 3866582 . PMID  17128255. 
  7. ^ abc Arora A, Goering R, Lo HY, Lo J, Moffatt C, Taliaferro JM (2022). "El papel de la poliadenilación alternativa en la regulación de la localización del ARN subcelular". Fronteras en genética . 12 : 818668. doi : 10.3389/fgene.2021.818668 . PMC 8795681 . PMID  35096024. 
  8. ^ Murthy KG, Manley JL (noviembre de 1995). "La subunidad de 160 kD del factor de especificidad de poliadenilación de escisión humano coordina la formación del extremo 3' del pre-ARNm". Genes y desarrollo . 9 (21): 2672–2683. doi : 10.1101/gad.9.21.2672 . PMID  7590244.
  9. ^ Casañal A, Kumar A, Hill CH, Easter AD, Emsley P, Degliesposti G, et al. (noviembre de 2017). "Arquitectura de la maquinaria de procesamiento del extremo 3' del ARNm eucariótico". Ciencia . 358 (6366): 1056–1059. doi : 10.1126/ciencia.aao6535. PMC 5788269 . PMID  29074584. 
  10. ^ Shimberg GD, Michalek JL, Oluyadi AA, Rodrigues AV, Zucconi BE, Neu HM, et al. (Abril de 2016). "Factor 30 de especificidad de escisión y poliadenilación: una proteína con dedos de zinc que se une a ARN con un grupo inesperado de 2Fe-2S". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 113 (17): 4700–4705. Código Bib : 2016PNAS..113.4700S. doi : 10.1073/pnas.1517620113 . PMC 4855568 . PMID  27071088. 
  11. ^ ab Bentley DL (junio de 2005). "Reglas de participación: reclutamiento cotranscripcional de factores de procesamiento de pre-ARNm". Opinión actual en biología celular . Núcleo y expresión génica. 17 (3): 251–256. doi :10.1016/j.ceb.2005.04.006. PMID  15901493.
  12. ^ Stumpf G, Domdey H (noviembre de 1996). "Dependencia del procesamiento del extremo 3' del pre-ARNm de levadura en CFT1: una secuencia homóloga del factor de unión AAUAAA de mamíferos". Ciencia . 274 (5292): 1517-1520. Código Bib : 1996 Ciencia... 274.1517S. doi : 10.1126/ciencia.274.5292.1517. JSTOR  2892223. PMID  8929410. S2CID  34840144.
  13. ^ ab Gruber AR, Martin G, Keller W, Zavolan M (marzo de 2014). "Medios para un fin: mecanismos de poliadenilación alternativa de precursores del ARN mensajero". Reseñas interdisciplinarias de Wiley. ARN . 5 (2): 183–196. doi :10.1002/wrna.1206. PMC 4282565 . PMID  24243805. 

Otras lecturas

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