La traducción eucariota es el proceso biológico mediante el cual el ARN mensajero se traduce en proteínas en eucariotas . Consta de cuatro fases: iniciación, elongación, terminación y recapitulación.
El inicio de la traducción es el proceso mediante el cual el ribosoma y sus factores asociados se unen a un ARNm y se ensamblan en el codón de inicio. Este proceso se define como dependiente de la tapa, en el que el ribosoma se une inicialmente a la tapa 5' y luego viaja al codón de parada, o como independiente de la tapa, donde el ribosoma no se une inicialmente a la tapa 5'.
El inicio de la traducción generalmente implica la interacción de ciertas proteínas clave, los factores de iniciación , con una etiqueta especial unida al extremo 5' de una molécula de ARNm, la tapa 5' , así como con la UTR 5' . Estas proteínas se unen a la subunidad ribosómica pequeña (40S) y mantienen el ARNm en su lugar. [1]
eIF3 está asociado con la subunidad ribosomal 40S y desempeña un papel en evitar que la subunidad ribosomal grande (60S) se una prematuramente. eIF3 también interactúa con el complejo eIF4F , que consta de otros tres factores de iniciación: eIF4A , eIF4E y eIF4G . eIF4G es una proteína de andamio que se asocia directamente tanto con eIF3 como con los otros dos componentes. eIF4E es la proteína de unión a cap. La unión del límite por eIF4E a menudo se considera el paso limitante de la velocidad de la iniciación dependiente del límite, y la concentración de eIF4E es un nexo regulatorio del control traslacional. Ciertos virus escinden una porción de eIF4G que se une a eIF4E, evitando así que la traducción dependiente de mayúsculas se apodere de la maquinaria del huésped en favor de los mensajes virales (independientes de mayúsculas). eIF4A es una ARN helicasa dependiente de ATP que ayuda al ribosoma a resolver ciertas estructuras secundarias formadas a lo largo de la transcripción del ARNm. [2] La proteína de unión a poli(A) (PABP) también se asocia con el complejo eIF4F a través de eIF4G y se une a la cola poli-A de la mayoría de las moléculas de ARNm eucariotas. Se ha implicado que esta proteína desempeña un papel en la circularización del ARNm durante la traducción. [3]
Este complejo de preiniciación 43S (43S PIC), acompañado de factores proteicos, se mueve a lo largo de la cadena de ARNm hacia su extremo 3', en un proceso conocido como "exploración", para alcanzar el codón de inicio (normalmente AUG). En eucariotas y arqueas , el aminoácido codificado por el codón de inicio es la metionina . El ARNt iniciador cargado con Met (Met-tRNA i Met ) se lleva al sitio P de la subunidad ribosomal pequeña mediante el factor de iniciación eucariota 2 (eIF2) . Hidroliza el GTP y envía señales para la disociación de varios factores de la subunidad ribosomal pequeña, lo que eventualmente conduce a la asociación de la subunidad grande (o la subunidad 60S ). El ribosoma completo ( 80S ) comienza entonces el alargamiento por traducción.
La regulación de la síntesis de proteínas está parcialmente influenciada por la fosforilación de eIF2 (a través de la subunidad α), que forma parte del complejo ternario eIF2-GTP-Met-tRNA i Met (eIF2-TC). Cuando se fosforilan grandes cantidades de eIF2, se inhibe la síntesis de proteínas. Esto ocurre por falta de aminoácidos o después de una infección viral. Sin embargo, una pequeña fracción de este factor de iniciación está fosforilada de forma natural. Otro regulador es 4EBP , que se une al factor de iniciación eIF4E e inhibe sus interacciones con eIF4G , evitando así la iniciación dependiente de cap. Para contrarrestar los efectos de 4EBP, los factores de crecimiento fosforilan 4EBP, reduciendo su afinidad por eIF4E y permitiendo la síntesis de proteínas. [ cita necesaria ]
Si bien la síntesis de proteínas está regulada globalmente mediante la modulación de la expresión de factores de iniciación clave, así como el número de ribosomas, los ARNm individuales pueden tener diferentes velocidades de traducción debido a la presencia de elementos de secuencia reguladora. Se ha demostrado que esto es importante en una variedad de entornos, incluida la meiosis de la levadura y la respuesta al etileno en las plantas. Además, trabajos recientes en levaduras y humanos sugieren que la divergencia evolutiva en las secuencias reguladoras cis puede afectar la regulación de la traducción. [4] Además, las ARN helicasas como DHX29 y Ded1/DDX3 pueden participar en el proceso de iniciación de la traducción, especialmente para ARNm con 5'UTR estructuradas. [5]
El ejemplo mejor estudiado de inicio de traducción independiente de cap en eucariotas utiliza el sitio de entrada al ribosoma interno (IRES). A diferencia de la traducción dependiente de cap, la traducción independiente de cap no requiere un cap 5' para iniciar la exploración desde el extremo 5' del ARNm hasta el codón de inicio. El ribosoma puede localizarse en el sitio de inicio mediante unión directa, factores de iniciación y/o ITAF (factores de acción trans IRES) evitando la necesidad de escanear toda la 5'UTR . Este método de traducción es importante en condiciones que requieren la traducción de ARNm específicos durante el estrés celular, cuando se reduce la traducción general. Los ejemplos incluyen factores que responden a la apoptosis y respuestas inducidas por el estrés. [6]
El alargamiento depende de factores de elongación eucariotas . Al final del paso de iniciación, el ARNm se coloca de manera que el siguiente codón pueda traducirse durante la etapa de elongación de la síntesis de proteínas. El ARNt iniciador ocupa el sitio P en el ribosoma y el sitio A está listo para recibir un aminoacil-ARNt. Durante el alargamiento de la cadena, cada aminoácido adicional se agrega a la cadena polipeptídica naciente en un microciclo de tres pasos. Los pasos de este microciclo son (1) posicionar el aminoacil-ARNt correcto en el sitio A del ribosoma, que es llevado a ese sitio por eEF1, (2) formar el enlace peptídico y (3) desplazar el ARNm en un codón. en relación con el ribosoma con la ayuda de eEF2. A diferencia de las bacterias, en las que el inicio de la traducción se produce tan pronto como se sintetiza el extremo 5' de un ARNm, en los eucariotas, un acoplamiento tan estrecho entre la transcripción y la traducción no es posible porque la transcripción y la traducción se llevan a cabo en compartimentos separados de la célula (el núcleo) . y citoplasma ). Los precursores de ARNm eucariotas deben procesarse en el núcleo (p. ej., protección, poliadenilación , empalme) en los ribosomas antes de exportarlos al citoplasma para su traducción. La traducción también puede verse afectada por la pausa ribosómica , que puede desencadenar un ataque endonucleolítico del ARNt, un proceso denominado desintegración prohibida del ARNm. La pausa ribosómica también ayuda al plegamiento cotraduccional del polipéptido naciente en el ribosoma y retrasa la traducción de proteínas mientras codifica el ARNt. Esto puede desencadenar un cambio de marco ribosómico. [7]
La terminación del alargamiento depende de los factores de liberación de los eucariotas . El proceso es similar al de la terminación bacteriana , pero a diferencia de la terminación bacteriana, existe un factor de liberación universal , eRF1, que reconoce los tres codones de parada. Al finalizar, se desmonta el ribosoma y se libera el polipéptido completo. eRF3 es una GTPasa dependiente de ribosomas que ayuda a eRF1 a liberar el polipéptido completo. El genoma humano codifica algunos genes cuyo codón de parada de ARNm tiene sorprendentemente fugas: en estos genes la terminación de la traducción es ineficaz debido a las bases de ARN especiales que se encuentran en las proximidades del codón de parada. La terminación con fugas en estos genes conduce a una lectura traduccional de hasta el 10% de los codones de parada de estos genes. Algunos de estos genes codifican dominios proteicos funcionales en su extensión de lectura para que puedan surgir nuevas isoformas proteicas. Este proceso se ha denominado "lectura traslacional funcional". [8]
La traducción es uno de los principales consumidores de energía en las células, por lo que está estrictamente regulada. Se han desarrollado numerosos mecanismos que controlan y regulan la traducción tanto en eucariotas como en procariotas . La regulación de la traducción puede afectar la tasa global de síntesis de proteínas, que está estrechamente relacionada con el estado metabólico y proliferativo de una célula. Para profundizar en este intrincado proceso, los científicos suelen utilizar una técnica conocida como elaboración de perfiles de ribosomas. [9] Este método permite a los investigadores tomar una instantánea del translatomo, mostrando qué partes del ARNm están siendo traducidas en proteínas por los ribosomas en un momento dado. El perfil de ribosomas proporciona información valiosa sobre la dinámica de la traducción, revelando la compleja interacción entre la secuencia de genes, la estructura del ARNm y la regulación de la traducción. Ampliando este concepto, un desarrollo más reciente es el perfilado de ribosomas unicelulares, una técnica que nos permite estudiar el proceso de traducción en la resolución de células individuales. [10] La elaboración de perfiles de ribosomas unicelulares tiene el potencial de arrojar luz sobre la naturaleza heterogénea de las células, lo que lleva a una comprensión más matizada de cómo la regulación de la traducción puede afectar el comportamiento celular, el estado metabólico y la capacidad de respuesta a diversos estímulos o condiciones.
En algunas células, ciertos aminoácidos pueden agotarse y, por tanto, afectar la eficiencia de la traducción. Por ejemplo, las células T activadas secretan interferón-γ , que desencadena la escasez de triptófano intracelular al regular positivamente la enzima indoleamina 2,3-dioxigenasa 1 (IDO1). Sorprendentemente, a pesar del agotamiento del triptófano , la síntesis de proteínas en marco continúa a través de los codones de triptófano . Esto se consigue mediante la incorporación de fenilalanina en lugar de triptófano. Los péptidos resultantes se denominan "sustituyentes" W>F. Estos sustituyentes W>F son abundantes en ciertos tipos de cáncer y se han asociado con una mayor expresión de IDO1. Funcionalmente, los sustituyentes W>F pueden alterar la actividad de las proteínas . [11]
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