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ARN nucleolar pequeño

En biología molecular , los ARN nucleolares pequeños ( snoRNA ) son una clase de pequeñas moléculas de ARN que guían principalmente las modificaciones químicas de otros ARN, principalmente ARN ribosómicos , ARN de transferencia y ARN nucleares pequeños . Hay dos clases principales de snoRNA, los snoRNA de caja C/D, que están asociados con la metilación , y los snoRNA de caja H/ACA, que están asociados con la pseudouridilación . Los snoRNA se conocen comúnmente como ARN guía, pero no deben confundirse con los ARN guía que dirigen la edición de ARN en los tripanosomas o los ARN guía (gRNA) utilizados por Cas9 para la edición de genes CRISPR .

modificaciones guiadas por snoRNA

Después de la transcripción , las moléculas de ARNr nacientes (denominadas pre-ARNr) se someten a una serie de pasos de procesamiento para generar la molécula de ARNr madura. Antes de la escisión por exo y endonucleasas, el pre-ARNr sufre un patrón complejo de modificaciones de nucleósidos. Estos incluyen metilaciones y pseudouridilaciones, guiadas por snoRNA.

snoRNP

Cada molécula de snoRNA actúa como guía para solo una (o dos) modificaciones individuales en un ARN objetivo. [2] Para llevar a cabo la modificación, cada snoRNA se asocia con al menos cuatro proteínas centrales en un complejo de ARN/proteína denominado pequeña partícula de ribonucleoproteína nucleolar (snoRNP). [3] Las proteínas asociadas con cada ARN dependen del tipo de molécula de snoRNA (consulte las familias de guías de snoRNA a continuación). La molécula de ARNsno contiene un elemento antisentido (un tramo de 10 a 20 nucleótidos ), que son bases complementarias a la secuencia que rodea la base ( nucleótido ) objetivo de la modificación en la molécula de pre-ARN. Esto permite que el snoRNP reconozca y se una al ARN objetivo. Una vez que el snoRNP se ha unido al sitio objetivo, las proteínas asociadas se encuentran en la ubicación física correcta para catalizar la modificación química de la base objetivo. [4]

familias de guías de ARNsno

Los dos tipos diferentes de modificación de ARNr (metilación y pseudouridilación) están dirigidos por dos familias diferentes de snoRNA. Estas familias de snoRNA se denominan snoRNA de caja C/D antisentido y caja H/ACA según la presencia de motivos de secuencia conservados en el snoRNA. Hay excepciones, pero como regla general los miembros de la caja C/D guían la metilación y los miembros H/ACA guían la pseudouridilación. Los miembros de cada familia pueden variar en biogénesis, estructura y función, pero cada familia se clasifica según las siguientes características generalizadas. Para obtener más detalles, consulte la reseña. [5] Los SnoRNA se clasifican como ARN nuclear pequeño en MeSH . El HGNC , en colaboración con snoRNABase y expertos en el campo, ha aprobado nombres únicos para genes humanos que codifican snoRNA. [6]

caja C/D

Ejemplo de una estructura secundaria de snoRNA de caja C/D tomada de la base de datos Rfam . Este ejemplo es SNORD73 (RF00071).

Los snoRNA de caja C/D contienen dos motivos de secuencia corta conservada, C (RUGAUGA) y D (CUGA), ubicados cerca de los extremos 5' y 3' del snoRNA, respectivamente. Las regiones cortas (~ 5 nucleótidos) ubicadas aguas arriba de la caja C y aguas abajo de la caja D suelen ser complementarias de bases y forman una estructura de caja de tallo, que acerca los motivos de las cajas C y D. Se ha demostrado que esta estructura de caja de tallo es esencial para la correcta síntesis de snoRNA y localización nucleolar. [7] Muchos snoRNA de caja C/D también contienen una copia adicional menos conservada de los motivos C y D (denominados C' y D') ubicados en la porción central de la molécula de snoRNA. Una región conservada de 10 a 21 nucleótidos aguas arriba de la caja D es complementaria al sitio de metilación del ARN objetivo y permite que el snoRNA forme un dúplex de ARN con el ARN. [8] El nucleótido que se va a modificar en el ARN objetivo generalmente se encuentra en la quinta posición aguas arriba de la caja D (o caja D'). [9] [10] Los snoRNA de caja C/D se asocian con cuatro proteínas esenciales y conservadas evolutivamente: fibrilarina (Nop1p), NOP56 , NOP58 y SNU13 (proteína de 15,5 kD en eucariotas; su homólogo arqueal es L7Ae), que constituyen el núcleo C/D caja snoRNP. [5]

Existe un snoRNA de caja C/D eucariota ( snoRNA U3 ) que no se ha demostrado que guíe la 2′- O -metilación. En cambio, funciona en el procesamiento del ARNr dirigiendo la escisión del pre-ARNr.

Caja H/ACA

Ejemplo de una estructura secundaria de snoRNA de caja H/ACA tomada de la base de datos Rfam. Este ejemplo es SNORA69 (RF00265).

Los snoRNA de caja H/ACA tienen una estructura secundaria común que consta de dos horquillas y dos regiones monocatenarias denominadas estructura de horquilla-bisagra-horquilla-cola. [5] Los snoRNA de H/ACA también contienen motivos de secuencia conservados conocidos como caja H (consenso ANANNA) y caja ACA (ACA). Ambos motivos suelen estar situados en las regiones monocatenarias de la estructura secundaria. El motivo H se ubica en la bisagra y el motivo ACA se ubica en la región de la cola; A 3 nucleótidos del extremo 3' de la secuencia. [11] Las regiones en horquilla contienen protuberancias internas conocidas como bucles de reconocimiento en las que se ubican las secuencias guía antisentido (bases complementarias a la secuencia objetivo). Estas secuencias guía esencialmente marcan la ubicación de la uridina en el ARNr objetivo que se va a modificar. Esta secuencia de reconocimiento es bipartita (construida a partir de los dos brazos diferentes de la región del bucle) y forma pseudonudos complejos con el ARN objetivo. Los snoRNA de la caja H/ACA se asocian con cuatro proteínas esenciales y conservadas evolutivamente: disquerina (Cbf5p), GAR1 , NHP2 y NOP10, que constituyen el núcleo del snoRNP de la caja H/ACA. [5] La disquerina es probablemente el componente catalítico del complejo de ribonucleoproteína (RNP) porque posee varias secuencias conservadas de pseudouridina sintasa y está estrechamente relacionada con la pseudouridina sintasa que modifica la uridina en el ARNt . En las células eucariotas inferiores, como los tripanosomas, existen ARN similares en forma de una estructura de horquilla única y una caja AGA en lugar de una caja ACA en el extremo 3 'del ARN. [12] Al igual que los tripanosomas, Entamoeba histolytica tiene una población mixta de snoRNA de caja H/ACA de horquilla simple y de horquilla doble. Se informó que se produjo un procesamiento del snoRNA de caja H/ACA de doble horquilla a los snoRNA de horquilla única; sin embargo, a diferencia de los tripanosomas, tiene un motivo ACA regular en la cola 3'. [19]

El componente de ARN de la telomerasa humana (hTERC) contiene un dominio H/ACA para la formación pre-RNP y la localización nucleolar de la propia telomerasa RNP. [13] El snoRNP H/ACA ha sido implicado en la rara enfermedad genética disqueratosis congénita (DKC) debido a su afiliación con la telomerasa humana. Las mutaciones en el componente proteico del snoRNP H/ACA dan como resultado una reducción en los niveles fisiológicos de TERC. Esto se ha correlacionado fuertemente con la patología detrás de la DKC, que parece ser principalmente una enfermedad de mantenimiento deficiente de los telómeros .

Caja compuesta H/ACA y C/D

Se ha identificado un snoRNA U85 guía inusual que funciona tanto en la metilación de 2′-O-ribosa como en la pseudouridilación del ARN nuclear pequeño (snRNA) U5. [14] Este snoRNA compuesto contiene dominios de caja C/D y H/ACA y se asocia con las proteínas específicas de cada clase de snoRNA (fibrilarina y Gar1p, respectivamente). Ahora se han caracterizado más snoRNA compuestos. [15]

Se ha descubierto que estos snoRNA compuestos se acumulan en un orgánulo subnuclear llamado cuerpo de Cajal y se denominan pequeños ARN específicos del cuerpo de Cajal (scaRNA). Esto contrasta con la mayoría de los snoRNA de caja C/D o caja H/ACA, que se localizan en el nucléolo. Se propone que estos ARN específicos del cuerpo de Cajal participen en la modificación de los ARN espliceosómicos transcritos por la ARN polimerasa II U1, U2, U4, U5 y U12. [15] No todos los snoRNA que se han localizado en los cuerpos de Cajal son snoRNA de caja C/D y H/ACA compuestos.

snoRNA huérfanos

Los objetivos para los snoRNA recién identificados se predicen sobre la base de la complementariedad de secuencia entre los supuestos ARN objetivo y los elementos antisentido o bucles de reconocimiento en la secuencia de snoRNA. Sin embargo, hay un número cada vez mayor de guías "huérfanas" sin objetivos de ARN conocidos, lo que sugiere que podría haber más proteínas o transcripciones involucradas en el ARNr que antes y/o que algunos snoRNA tienen funciones diferentes que no se refieren al ARNr. [16] [17] Existe evidencia de que algunos de estos snoRNA huérfanos regulan transcripciones empalmadas alternativamente. [18] Por ejemplo, parece que el snoRNA SNORD115 de la caja C/D regula el corte y empalme alternativo del ARNm del receptor 2C de serotonina a través de una región conservada de complementariedad. [19] [20] Se ha predicho que otro snoRNA de caja C/D, SNORD116 , que reside en el mismo grupo que SNORD115, tendrá 23 objetivos posibles dentro de genes codificantes de proteínas utilizando un enfoque bioinformático . De estos, se encontró que una gran fracción tenía empalmes alternativos, lo que sugiere un papel de SNORD116 en la regulación del empalme alternativo. [21]

Más recientemente, se ha sugerido que SNORD90 puede guiar las modificaciones de N6-metiladenosina (m6A) en transcripciones de ARN objetivo. [22] Más específicamente, Lin et al. demostró que SNORD90 puede reducir la expresión de neuregulina 3 (NRG3). [22]

Modificaciones de objetivos

Aún no se conoce el efecto preciso de las modificaciones de metilación y pseudouridilación sobre la función de los ARN maduros. Las modificaciones no parecen ser esenciales, pero se sabe que mejoran sutilmente el plegamiento del ARN y la interacción con las proteínas ribosómicas. En apoyo de su importancia, las modificaciones del sitio objetivo se ubican exclusivamente dentro de dominios conservados y funcionalmente importantes del ARN maduro y comúnmente se conservan entre eucariotas distantes. [5] Se desarrolló un método novedoso, Nm-REP-seq, para enriquecer 2'-O-metilaciones guiadas por snoRNA C/D mediante el uso de ARN exoribonucleasa (Mycoplasma genitalium RNase R, MgR) y reactividad de oxidación de periodato para eliminar 2'- nucleósidos hidroxilados (2'-OH). [23]

  1. La ribosa 2′-O-metilada provoca un aumento en la conformación endo 3′
  2. La pseudouridina (psi/Ψ) añade otra opción para los enlaces H.
  3. El ARN fuertemente metilado está protegido de la hidrólisis. El ARNr actúa como una ribozima catalizando su propia hidrólisis y empalme.

organización genómica

Los snoRNA se encuentran de forma diversa en el genoma. La mayoría de los genes snoRNA de vertebrados están codificados en los intrones de genes que codifican proteínas involucradas en la síntesis o traducción de ribosomas y son sintetizados por la ARN polimerasa II . También se ha demostrado que los snoRNA están ubicados en regiones intergénicas, ORF de genes codificantes de proteínas y UTR. [24] Los SnoRNA también pueden transcribirse a partir de sus propios promotores mediante la ARN polimerasa II o III .

Loci impresos

En el genoma humano, hay al menos dos ejemplos en los que los snoRNA de caja C/D se encuentran en repeticiones en tándem dentro de loci impresos . Estos dos loci (14q32 en el cromosoma 14 y 15q11q13 en el cromosoma 15) se han caracterizado ampliamente y en ambas regiones se han encontrado múltiples snoRNA ubicados dentro de intrones en grupos de copias estrechamente relacionadas.

En 15q11q13, se han identificado cinco snoRNA diferentes ( SNORD64 , SNORD107, SNORD108, SNORD109 (dos copias), SNORD116 (29 copias) y SNORD115 (48 copias). La pérdida de las 29 copias de SNORD116 (HBII-85) de esta región ha Se ha identificado como una causa del síndrome de Prader-Willi [25] [26] [27] [28] mientras que la ganancia de copias adicionales de SNORD115 se ha relacionado con el autismo [29] [30] [31] .

La región 14q32 contiene repeticiones de dos snoRNA, SNORD113 (9 copias) y SNORD114 (31 copias) dentro de los intrones de una transcripción de ncRNA específica de tejido ( MEG8 ). Se ha demostrado que el dominio 14q32 comparte características genómicas comunes con los loci 15q11-q13 impresos y se ha sugerido un posible papel para las repeticiones en tándem de los snoRNA de caja C/D en la evolución o mecanismo de los loci impresos. [32] [33]

Otras funciones

Los snoRNA pueden funcionar como miRNA . Se ha demostrado que el ACA45 humano es un snoRNA auténtico que puede procesarse en un miRNA maduro de 21 nucleótidos de longitud mediante el dicer de endoribonucleasa de la familia RNAse III . [34] Este producto de snoRNA se identificó previamente como mmu-miR-1839 y se demostró que se procesa independientemente de la otra endoribonucleasa drosha generadora de miRNA . [35] Los análisis bioinformáticos han revelado que fragmentos supuestamente derivados de snoRNA, similares a miRNA, se encuentran en diferentes organismos. [36]

Recientemente, se ha descubierto que los snoRNA pueden tener funciones no relacionadas con el rRNA. Una de esas funciones es la regulación del corte y empalme alternativo de la transcripción del gen trans , que se realiza mediante el snoRNA HBII-52 , que también se conoce como SNORD115. [19]

En noviembre de 2012, Schubert et al. Reveló que los ARN específicos controlan la compactación y la accesibilidad de la cromatina en las células de Drosophila . [37]

En julio de 2023, Lin et al. demostró que los snoRNA tienen el potencial de guiar otras modificaciones del ARN, específicamente N6-metiladenosina ; sin embargo, esto está sujeto a más investigación. [22]

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