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Codón de inicio

Codón de inicio (círculo azul) del gen MT-ATP6 del ADN mitocondrial humano . Para cada triplete de nucleótidos (corchetes), se indica el aminoácido correspondiente (código de una letra), ya sea en el marco de lectura +1 para MT-ATP8 (en rojo) o en el marco +3 para MT-ATP6 (en azul). En esta región genómica, los dos genes se superponen .

El codón de inicio es el primer codón de una transcripción de ARN mensajero (ARNm) traducida por un ribosoma . El codón de inicio siempre codifica metionina en eucariotas y arqueas y una N-formilmetionina (fMet) en bacterias, mitocondrias y plástidos .

El codón de inicio suele estar precedido por una región 5' no traducida ( 5' UTR ). En los procariotas, esto incluye el sitio de unión del ribosoma .

Descodificación

En los tres dominios de la vida, el codón de inicio es decodificado por un ARN de transferencia de "iniciación" especial , diferente de los ARNt utilizados para la elongación. Existen importantes diferencias estructurales entre un ARNt iniciador y uno elongador, con características distintivas que sirven para satisfacer las restricciones del sistema de traducción. En bacterias y orgánulos, un tallo aceptor con desajuste C1:A72 guía la formilación, que dirige el reclutamiento por parte del ribosoma 30S hacia el sitio P; los llamados pares de bases "3GC" permiten el ensamblaje en el ribosoma 70S. [1] En eucariotas y arqueas, el tallo T evita que los factores de elongación se unan, mientras que eIF2 reconoce específicamente la metionina unida y un par de bases A1:U72. [2]

En cualquier caso, el ARNt iniciador natural solo codifica metionina. [3] El conocimiento de las características de reconocimiento clave ha permitido a los investigadores construir ARNt iniciadores alternativos que codifican diferentes aminoácidos; véase más abajo.

Codones de inicio alternativos

Los codones de inicio alternativos son diferentes del codón AUG estándar y se encuentran tanto en procariotas (bacterias y arqueas) como en eucariotas . Los codones de inicio alternativos se traducen como Met cuando están al comienzo de una proteína (incluso si el codón codifica un aminoácido diferente en caso contrario). Esto se debe a que se utiliza un ARNt separado para la iniciación. [3]

Eucariotas

Los codones de inicio alternativos (no AUG) son muy raros en los genomas eucariotas: una amplia gama de mecanismos funcionan para garantizar la relativa fidelidad de la iniciación AUG. [4] Sin embargo, se han informado codones de inicio no AUG de origen natural para algunos ARNm celulares. [5] Siete de las nueve posibles sustituciones de un solo nucleótido en el codón de inicio AUG de la dihidrofolato reductasa son funcionales como sitios de inicio de la traducción en células de mamíferos. [6]

Bacteria

Las bacterias no suelen tener una amplia gama de factores de traducción que controlen la fidelidad del codón de inicio. GUG y UUG son los principales codones de inicio alternativos, incluso "canónicos". [4] GUG en particular es importante para controlar la replicación de plásmidos. [4]

E. coli utiliza 83% AUG (3542/4284), 14% (612) GUG, 3% (103) UUG [7] y uno o dos más (por ejemplo, un AUU y posiblemente un CUG). [8] [9]

Las regiones codificantes conocidas que no tienen codones de inicio AUG son las de lacI (GUG) [10] [11] y lacA (UUG) [12] en el operón lac de E. coli . Dos estudios más recientes han demostrado de forma independiente que 17 o más codones de inicio que no sean AUG pueden iniciar la traducción en E. coli . [13] [14]

Mitocondrias

Los genomas mitocondriales utilizan codones de inicio alternativos de forma más significativa (AUA y AUG en humanos). [15] Muchos de estos ejemplos, con codones, rango sistemático y citas, se dan en la lista de tablas de traducción del NCBI . [16]

Arqueas

Las arqueas, que son procariotas con una maquinaria de traducción similar pero más simple que la de los eucariotas, permiten la iniciación en UUG y GUG. [4]

Codones de inicio ascendentes

Estos son codones de inicio "alternativos" en el sentido de que están aguas arriba de los codones de inicio regulares y, por lo tanto, podrían usarse como codones de inicio alternativos. Más de la mitad de todos los ARNm humanos tienen al menos un codón AUG aguas arriba (uAUG) de sus inicios de iniciación de traducción anotados (TIS) (58% en las versiones actuales de la secuencia RefSeq humana ). Su uso potencial como TIS podría resultar en la traducción de los llamados marcos de lectura abiertos aguas arriba (uORF). La traducción de uORF generalmente resulta en la síntesis de polipéptidos cortos, algunos de los cuales han demostrado ser funcionales, por ejemplo, en ASNSD1, MIEF1 , MKKS y SLC35A4. [17] Sin embargo, se cree que la mayoría de los uORF traducidos solo tienen un efecto inhibidor leve en la traducción aguas abajo porque la mayoría de los inicios de uORF son permeables (es decir, no inician la traducción o porque los ribosomas que terminan después de la traducción de ORF cortos a menudo son capaces de reiniciar). [17]

Código genético estándar

A Posibles codones de inicio en la tabla 1 del NCBI. AUG es el más común. [19] Los otros dos codones de inicio enumerados en la tabla 1 (GUG y UUG) son raros en eucariotas. [20] Los procariotas tienen requisitos de codones de inicio menos estrictos; se describen en la tabla 11 del NCBI .
B ^ ^ ^ La base histórica para designar los codones de terminación como ámbar, ocre y ópalo se describe en una autobiografía de Sydney Brenner [21] y en un artículo histórico de Bob Edgar. [22]

Codones de inicio que no son de metionina

Natural

La traducción iniciada por un sitio de entrada de ribosoma interno (IRES), que evita varios sistemas de iniciación eucariotas regulares, puede tener un inicio sin metinona con codones GCU o CAA. [23]

Las células de mamíferos pueden iniciar la traducción con leucina utilizando un leucil-ARNt específico que decodifica el codón CUG. Este mecanismo es independiente de eIF2. No se necesita una estructura secundaria similar a la de un IRES. [24] [25] [26]

Codones de inicio diseñados

ARNt iniciador diseñado (ARNt)fMet
CUA, cambiado de un ARNt MetYCAU fMet
) se han utilizado para iniciar la traducción en el codón de terminación ámbar UAG en E. coli . La iniciación con este ARNt no solo inserta la formilmetionina tradicional , sino también la formilglutamina, ya que la glutamil-ARNt sintasa también reconoce el nuevo ARNt. [27] (Recuerde de lo anterior que el sistema de iniciación de la traducción bacteriana no verifica específicamente la metionina, solo la modificación formilo). [1] Un estudio ha demostrado que el ARNt iniciador ámbar no inicia la traducción en ningún grado medible a partir de codones UAG codificados genómicamente, solo reporteros transmitidos por plásmidos con fuertes sitios Shine-Dalgarno aguas arriba . [28]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Shetty, S; Shah, RA; Chembazhi, UV; Sah, S; Varshney, U (28 de febrero de 2017). "Dos características altamente conservadas de los ARNt iniciadores bacterianos les permiten pasar por distintos puntos de control en la iniciación de la traducción". Nucleic Acids Research . 45 (4): 2040–2050. doi :10.1093/nar/gkw854. PMC  5389676 . PMID  28204695.
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