El ARN prerribosómico (pre-ARNr) es el precursor del ARN ribosómico maduro ( ARNr ), que es un componente de los ribosomas . El pre-ARNr se transcribe primero a partir del ADN ribosómico (ADNr), luego se escinde y se procesa para convertirse en ARNr maduro.
Durante o inmediatamente después de la transcripción del pre-ARNr a partir del ADNr en el nucléolo , el precursor del ARN ribosómico (pre-ARNr) se modifica y se asocia con algunas proteínas ribosómicas. [1] Los ARN nucleolares pequeños ( snoRNA ) dictan las modificaciones, mediante el apareamiento de bases con los sitios diana en el pre-ARNr eucariota y también pueden desempeñar un papel en el plegamiento del pre-ARNr. El pre-ARNr contiene espaciadores transcritos externos (5'-ETS, 3'-ETS) en ambos extremos, así como espaciadores transcritos internos (ITS1, ITS2). Las escisiones en los sitios A' y T1 eliminan el 5'-ETS y el 3'-ETS, respectivamente. Las escisiones en los sitios A0, 1 y 2 dan lugar al ARNr 18S. La escisión del sitio 3 puede tener lugar antes o después de la escisión en los sitios A0, 1 y 2 y puede ser responsable de la conexión entre las vías de procesamiento del ARNr 18S y 28S. Los últimos pasos del procesamiento del ARNr requieren escisiones en 3, 4', 4 y 5 para generar ARNr 5.8S y 28S maduros .
Las investigaciones sugieren que, ya sea de manera simultánea o inmediatamente después de la síntesis de pre-ARNr, se realizan modificaciones internas en regiones de los componentes del ARNr, 18S, 5.8S y 28S , que varían según el tipo de célula. Las modificaciones del pre-ARNr de Xenopus incluyen diez metilaciones de bases, 105 2'-O-metilaciones de ribosa y alrededor de 100 pseudouridinas, mientras que el ARNr de levadura tiene solo la mitad de estas modificaciones. [2] El ARN nucleolar pequeño se aparea con el pre-ARNr y determina el sitio de las modificaciones. Las familias individuales de snoRNA realizan diferentes modificaciones. El snoRNA Box C/D guía la formación de 2'-O-Me, mientras que el snoRNA Box H/ACA guía la formación de pseudouridinas. Se cree que el apareamiento de bases del snoRNA con el pre-ARNr actúa como una chaperona en el plegamiento del ARNr maduro.
El pre-ARNr comprende tres tamaños principales: 37S (levadura), 40S (Xenopus) y 45S (mamíferos). En una serie de pasos, casi 80 proteínas ribosomales se ensamblan con el pre-ARNr. Durante la transcripción del pre-ARNr, las proteínas de unión ribosomal tempranas se asocian. [3] Se cree que este RNP 30S que contiene pre-ARNr 45S es el precursor del RNP 80S, que a su vez es el precursor del RNP 55S. El RNP 55S constituye aproximadamente el 75% de la población nucleolar de pre-ribosomas. [4]
Para formar el ARNr maduro 18S, 5.8S y 28S, el pre-ARNr 40S (Xenopus) y 45S (mamíferos) deben atravesar una serie de escisiones para eliminar los espaciadores externos e internos (ETS/ITS). Esto se puede hacer en una de dos vías. La vía 1 comienza con la escisión en el sitio 3, que separa las regiones codificantes del ARNr 5.8S y 28S en el pre-ARN 32S de la región codificante del ARNr 18S en el pre-ARN 20S. La vía 2 escinde en los sitios A0, 1 y 2 inicialmente, antes de escindirse en el sitio 3. [5]
El ARNsno U3, el ARNsno más abundante y necesario para el procesamiento del ARNr, influye en la vía elegida. [6] Se asocia con el pre-ARNr a través de interacciones proteína-proteína, así como mediante el apareamiento de bases. Para permitir que el U3 funcione correctamente, se requiere el apareamiento de bases entre la región bisagra 3' del U3 y las secuencias complementarias en el ETS 5'. Sin embargo, el apareamiento entre la bisagra 5' del U3 y el ETS 5' puede ocurrir, pero no es necesario para la función. [7] La nucleolina, una fosfoproteína abundante, se une al pre-ARNr inmediatamente después de la transcripción y facilita el apareamiento de bases entre las bisagras del ARNsno U3 y el ETS. [8]
El área donde el 5'-ETS se une al U3 se conoce como sitio A', y a veces se escinde en un evento de procesamiento primario en el pre-ARNr de mamíferos. La escisión de este sitio depende de los snoRNA U3, U14, E1 y E3, y aunque esta escisión no es un prerrequisito para el procesamiento del pre-ARNr, el acoplamiento del snoRNP es crucial para la producción del ARNr 18S. Poco después de la escisión A', el 3'-ETS es escindido en el sitio T1 por el snoRNA U8.
La escisión posterior en los sitios A0, 1 y 2 requiere U3 snoRNA, U14 snoRNA snR30 y snR10 en levadura, así como U22 snoRNA en Xenopus. La escisión de estos sitios está coordinada para dar como resultado un ARNr 18S maduro. La escisión de A0 requiere la Caja A de U3 snoRNA. [9] Si la Caja A de U3 está mutada, la escisión de A0 se inhibe y, aunque el pre-ARNr 20S se acumula, no se procesa en ARNr 19S y la escisión en los sitios y 2 también se inhibe, lo que sugiere que la escisión en A0 precede a la de los sitios 1 y 2. El mecanismo para la escisión del sitio 1 aún no se conoce, sin embargo, la posición de la Caja A de U3 cerca del sitio 1 ayuda a demostrar que la Caja A es necesaria una vez más para la escisión del sitio A1. [10] Sin embargo, el sitio 2 requiere el extremo 3' de BoxA' y el ARNm no codificante U3 para la escisión. Una vez que se escinde el sitio 2, el ARNm 18S se libera del pre-ARNm.
Mientras que el snoRNA U3 es necesario para la formación del ARNr 18S, el snoRNA U8 es necesario para la formación del ARNr 5.8S y 28S. [11] La escisión se produce en el sitio 3, que está cerca del final de ITS1 y posteriormente forma el pre-ARNr 32S, un intermediario de larga duración. La escisión en el sitio 4', dentro de ITS2, produce un precursor del ARN 5.8S que es más largo en su extremo 3'. Para recortar el extremo 3', la escisión debe ocurrir en los sitios 4 y 5. Se plantea la hipótesis de que el sitio 3 puede servir como un enlace entre las vías de procesamiento del ARNr 18S y 28S en organismos superiores. [12]
El pre-ARNr en todos los reinos biológicos muestra similitudes y diferencias. Las eubacterias contienen ARNr 16S y 23S que residen en la parte superior de tallos largos con pares de bases que sirven como sitio para el procesamiento de la escisión de la ARNasa III . [13] Estos dos tallos también se encuentran en el pre-ARNr de las arqueobacterias , sin embargo, no existen en el pre-ARNr de Xenopus. Se cree que, si bien el apareamiento de bases ocurre en todos los tipos de pre-ARNr, ocurre en cis en el pre-ARNr eubacteriano, mientras que en los eucariotas ocurre en trans entre los snoARN y los extremos de las regiones codificantes del ARNr en el pre-ARNr. No está completamente claro por qué los tres reinos poseen pre-ARNr, en lugar de transcribir directamente formas maduras de ARNr, pero se cree que los espacios transcritos en el pre-ARNr pueden tener algún tipo de papel en el plegamiento adecuado del ARNr.