El riboswitch de fluoruro (anteriormente llamado motivo de ARN crcB ) es una estructura de ARN conservada identificada por bioinformática en una amplia variedad de bacterias y arqueas . [1] Más tarde se demostró que estos ARN funcionan como riboswitches que detectan iones de fluoruro . [2] Estos "riboswitches de fluoruro" aumentan la expresión de genes posteriores cuando los niveles de fluoruro son elevados, y se propone que los genes ayuden a mitigar los efectos tóxicos de niveles muy altos de fluoruro.
Se presume que muchos genes están regulados por estos riboswitches de fluoruro. Dos de los más comunes codifican proteínas que se propone que funcionan eliminando el fluoruro de la célula. Estas proteínas son las proteínas CrcB y un subtipo específico de fluoruro de canales de cloruro denominados EriC F o ClC F. Se ha demostrado que las proteínas ClC F funcionan como antiportadores de fluoruro/ protones específicos del fluoruro . [3]
La estructura tridimensional de un riboswitch de fluoruro se ha resuelto con resolución atómica mediante cristalografía de rayos X. [4]
Los riboswitches de fluoruro se encuentran en muchos organismos dentro de los dominios de bacterias y arqueas , lo que indica que muchos de estos organismos a veces encuentran niveles elevados de fluoruro. De particular interés es Streptococcus mutans , una de las principales causas de caries dentales . Se ha demostrado que el fluoruro de sodio ha inhibido la tasa de crecimiento de S. mutans utilizando glucosa como fuente de energía y carbono. [5] Sin embargo, también es digno de mención que muchos organismos que no encuentran fluoruro en la boca humana portan riboswitches de fluoruro o genes de resistencia.
La identidad del fluoruro como ligando del riboswitch se descubrió accidentalmente cuando un compuesto contaminado con fluoruro provocó cambios conformacionales significativos en el motivo de ARN crcB no codificante durante un experimento de sondeo en línea. [2] El sondeo en línea se utilizó para iluminar la estructura secundaria del motivo de ARN crcB y los cambios estructurales asociados con la posible unión a metabolitos o iones específicos. [6] Los resultados del sondeo mostraron que la adición de concentraciones crecientes de iones fluoruro suprimió ciertas regiones de escisión espontánea del ARN y aumentó otras regiones. Estas regiones de nucleótidos en el motivo de ARN crcB desempeñan papeles importantes en la región de unión del aptámero para el fluoruro. [2]
Al unirse a los iones de fluoruro, el riboswitch de fluoruro mostró regulación de la transcripción de genes descendentes. [2] Estos genes descendentes transcriben enzimas sensibles al fluoruro [2] como la enolasa , la pirofosfatasa , el presunto exportador de fluoruro CrcB y una superfamilia de proteínas de membrana CLC llamadas proteínas Eric F. [3] Se ha demostrado que las proteínas CLC F funcionan como transportadores de fluoruro contra la toxicidad del fluoruro. [3] El gen eric F es una versión mutante del gen del canal de cloruro que es menos común en bacterias que los homólogos específicos de cloruro , pero que, no obstante, se encuentra en el genoma de Streptococcus mutans . [7] La proteína Eric F en particular transporta aminoácidos específicos en sus canales que se dirigen a los aniones de fluoruro, mientras que la proteína Eric regular favorecía el cloruro sobre los iones de fluoruro. [2]
El descubrimiento del riboswitch de fluoruro fue sorprendente ya que tanto los iones de fluoruro como los grupos fosfato crcB del ARN están cargados negativamente y no deberían poder unirse entre sí. [2] Investigaciones anteriores se toparon con esta cuestión al dilucidar el riboswitch del cofactor pirofosfato de tiamina (TPP). La estructura del riboswitch de TPP mostró la asistencia de dos iones Mg 2+ hidratados que ayudan a estabilizar la conexión entre los fosfatos de TPP y las bases de guanina del ARN. [8] [9] Esta investigación guía ayuda a caracterizar las propias interacciones del riboswitch de fluoruro con el fluoruro y su estructura. A través de sondeos en línea y estudios mutacionales, se reconoce que el riboswitch de fluoruro del organismo Thermotoga petrophila tiene dos tallos helicoidales contiguos por un bucle helicoidal con la capacidad de convertirse en un pseudonudo . [10] El ligando de fluoruro unido se encuentra ubicado dentro del centro del pliegue del riboswitch, encerrado por tres iones Mg 2+ . Los iones Mg 2+ están coordinados octaédricamente con cinco fosfatos de la cadena principal externa y moléculas de agua, lo que crea un bolsillo específico para metabolitos para coordinar la unión del ligando de fluoruro. La ubicación de los iones Mg 2+ coloca al ion de fluoruro en el andamiaje de ARN crcB con carga negativa . [10]
En la corteza terrestre , el fluoruro es el decimotercer elemento más abundante. [2] Se utiliza comúnmente en productos para el cuidado bucal y en el agua. [2] El fluoruro actúa como un agente endurecedor con la base del esmalte de los dientes, remineralizando y protegiéndolos de los ácidos agresivos y las bacterias en la cavidad bucal. [11] Además, su importancia radica en el efecto de la toxicidad del fluoruro en altas concentraciones para las bacterias, especialmente las que causan caries dentales . Se sabe desde hace mucho tiempo que muchas especies encapsulan un sistema sensor para metales tóxicos como el cadmio y la plata. [2] Sin embargo, seguía siendo desconocido un sistema sensor contra el fluoruro. El riboswitch de fluoruro dilucida el mecanismo de defensa bacteriano para contrarrestar la toxicidad de altas concentraciones de fluoruro al regular los genes posteriores del riboswitch al unirse al ligando de fluoruro. [2] Aclarar aún más el mecanismo de cómo las bacterias se protegen de la toxicidad del fluoruro puede ayudar a modificar el mecanismo para hacer que concentraciones más pequeñas de fluoruro sean aún más letales para las bacterias. Además, el riboswitch del flúor y los genes regulados en sentido descendente pueden ser objetivos potenciales para el desarrollo de fármacos en el futuro. En general, estos avances ayudarán a que el flúor y los futuros fármacos sean fuertes protectores contra las enfermedades de la salud bucal.