Un polirribosoma (o polisoma o ergosoma ) es un grupo de ribosomas unidos a una molécula de ARNm como "cuentas" en un "hilo". [1] Consiste en un complejo de una molécula de ARNm y dos o más ribosomas que actúan para traducir las instrucciones del ARNm en polipéptidos . Originalmente acuñados como "ergosomas" en 1963, fueron caracterizados además por Jonathan Warner, Paul M. Knopf, [2] y Alex Rich .
Los polisomas se forman durante la fase de elongación cuando los ribosomas y los factores de elongación sintetizan el polipéptido codificado. Múltiples ribosomas se mueven a lo largo de la región codificante del ARNm, creando un polisoma. La capacidad de múltiples ribosomas para funcionar en una molécula de ARNm explica la abundancia limitada de ARNm en la célula. [3] La estructura de los polirribosomas difiere entre los polisomas procarióticos, los polisomas eucariotas y los polisomas unidos a membranas. [1] La actividad polisómica se puede utilizar para medir el nivel de expresión genética mediante una técnica llamada perfil polisomal. [4]
Las tecnologías de microscopía electrónica como la tinción, [5] el sombreado metálico, [6] y las secciones celulares ultrafinas fueron los métodos originales para determinar la estructura del polisoma. El desarrollo de técnicas de microscopía crioelectrónica ha permitido una mayor resolución de la imagen, lo que ha llevado a un método más preciso para determinar la estructura. Las diferentes configuraciones estructurales de los polirribosomas podrían reflejar una variedad en la traducción de los ARNm. Una investigación de la proporción de la forma polirribosómica aclaró que se encontró una gran cantidad de polisomas circulares y en zigzag después de varias rondas de traducción. Un período de traducción más largo provocó la formación de polisomas helicoidales tridimensionales densamente empaquetados. [1] Diferentes células producen diferentes estructuras de polisomas.
Se ha descubierto que los polisomas bacterianos forman estructuras de doble fila. En esta conformación, los ribosomas se contactan entre sí a través de subunidades más pequeñas. Estas estructuras de doble fila generalmente tienen una trayectoria “sinusoidal” (zigzag) o helicoidal tridimensional. En el camino "sinusoidal", hay dos tipos de contacto entre las subunidades pequeñas: "de arriba a arriba" o "de arriba a abajo". En la trayectoria helicoidal tridimensional, sólo se observa contacto "de arriba a arriba". [1]
Los polisomas están presentes en las arqueas, pero no se sabe mucho sobre su estructura. [7]
Los estudios in situ (en células) han demostrado que los polisomas eucariotas exhiben configuraciones lineales. Se encontraron hélices tridimensionales densamente empaquetadas y polisomas planos de doble fila con empaquetamiento variable que incluía contactos "de arriba a arriba" similares a los polisomas procarióticos. Los polirribosomas 3-D eucarióticos son similares a los polirribosomas 3-D procarióticos en que son "hélices izquierdas densamente empaquetadas con cuatro ribosomas por vuelta". Este empaquetamiento denso puede determinar su función como reguladores de la traducción, y los polirribosomas tridimensionales se encuentran en células de sarcoma mediante microscopía de fluorescencia. [1]
La microscopía de fuerza atómica utilizada en estudios in vitro ha demostrado que se pueden formar polisomas eucarióticos circulares mediante ARNm poliadenilado libre en presencia del factor de iniciación eIF4E unido a la tapa 5' y PABP unida a la cola 3'-poli(A). Sin embargo, esta interacción entre la tapa y la cola poli(A) mediada por un complejo proteico no es una forma única de circularizar el ARNm polisomal. Se ha descubierto que los polirribosomas topológicamente circulares se pueden formar con éxito en el sistema traduccional con ARNm sin tapa y sin cola poli(A), así como con un ARNm tapado sin cola 3'-poli(A). [1]
Los polirribosomas unidos a membranas están restringidos por un espacio bidimensional dado por la superficie de la membrana. La restricción de los contactos entre ribosomas provoca una configuración de forma redonda que organiza los ribosomas a lo largo del ARNm de modo que los sitios de entrada y salida formen un camino suave. Cada ribosoma está girado con respecto al anterior, asemejándose a una espiral plana. [1]
El perfil polisomal es una técnica que utiliza cicloheximida para detener la traducción y un gradiente de sacarosa para separar el extracto celular resultante mediante centrifugación. [3] Los ARNm asociados a ribosomas migran más rápido que los ARNm libres y los ARNm asociados a polisomas migran más rápido que los ARNm asociados a ribosomas. Varios picos correspondientes al ARNm se revelan mediante la medición de la proteína total a lo largo del gradiente. El ARNm correspondiente está asociado con un número cada vez mayor de ribosomas como polisomas. La presencia de ARNm a través del gradiente revela la traducción del ARNm. El perfil polisomal se aplica de manera óptima a células y tejidos cultivados para rastrear el estado de traducción de un ARNm identificado, así como para medir la densidad de los ribosomas. [4] Esta técnica se ha utilizado para comparar el estado de traducción de los ARNm en diferentes tipos de células.
Por ejemplo, se utilizó el perfil polisomal en un estudio para investigar el efecto del virus de la estomatitis vesicular (VSV) en células de mamíferos. [8] Los datos del perfil polisomal mostraron que los ARNm del huésped son superados por los ARNm virales por los polisomas, lo que disminuye la traducción del ARNm del huésped y aumenta la traducción del ARNm viral. [8]