La región 5′ no traducida (también conocida como 5′ UTR , secuencia líder , líder de transcripción o ARN líder ) es la región de un ARN mensajero (ARNm) que está directamente aguas arriba del codón de iniciación . Esta región es importante para la regulación de la traducción de una transcripción por diferentes mecanismos en virus , procariotas y eucariotas . Si bien se denomina no traducida, la 5′ UTR o una porción de ella a veces se traduce en un producto proteico . Este producto puede luego regular la traducción de la secuencia codificante principal del ARNm. Sin embargo, en muchos organismos, la 5′ UTR está completamente sin traducir, en su lugar forma una estructura secundaria compleja para regular la traducción.
Se ha descubierto que el 5′ UTR interactúa con proteínas relacionadas con el metabolismo, y las proteínas traducen secuencias [ aclaración necesaria ] dentro del 5′ UTR. Además, esta región ha estado involucrada en la regulación de la transcripción , como el gen sex-lethal en Drosophila . [1] Los elementos reguladores dentro de los 5′ UTR también se han vinculado a la exportación de ARNm. [2]
El UTR 5′ comienza en el sitio de inicio de la transcripción y termina un nucleótido (nt) antes de la secuencia de iniciación (generalmente AUG) de la región codificante. En procariotas, la longitud del UTR 5′ tiende a ser de 3 a 10 nucleótidos, mientras que en eucariotas tiende a tener entre 100 y varios miles de nucleótidos de longitud. [3] Por ejemplo, la transcripción ste11 en Schizosaccharomyces pombe tiene un UTR 5′ de 2273 nucleótidos [4] mientras que el operón lac en Escherichia coli solo tiene siete nucleótidos en su UTR 5′. [5] Los diferentes tamaños probablemente se deban a la complejidad de la regulación eucariota que tiene el UTR 5′, así como al complejo de preiniciación más grande que debe formarse para comenzar la traducción.
El UTR 5′ también puede faltar por completo, en el caso de los ARNm sin líder . Los ribosomas de los tres dominios de la vida aceptan y traducen dichos ARNm. [6] Dichas secuencias se encuentran de forma natural en los tres dominios de la vida. Los humanos tienen muchos genes relacionados con la presión bajo un líder de 2-3 nucleótidos. Los mamíferos también tienen otros tipos de líderes ultracortos como la secuencia TISU. [7]
Los elementos de un UTR 5′ eucariota y procariota difieren en gran medida. El UTR 5′ procariota contiene un sitio de unión al ribosoma (RBS), también conocido como la secuencia Shine–Dalgarno (AGGAGGU), que suele estar entre 3 y 10 pares de bases aguas arriba del codón de iniciación. [5] Por el contrario, el UTR 5′ eucariota contiene la secuencia de consenso de Kozak (ACCAUGG), que contiene el codón de iniciación. [5] El UTR 5′ eucariota también contiene elementos reguladores que actúan en cis llamados marcos de lectura abiertos aguas arriba (uORFs) y AUG aguas arriba (uAUGs) y codones de terminación, que tienen un gran impacto en la regulación de la traducción (ver más abajo). A diferencia de los procariotas, los UTR 5′ pueden albergar intrones en los eucariotas. En los seres humanos, aproximadamente el 35 % de todos los genes albergan intrones dentro del UTR 5′. [8]
Como el 5' UTR tiene un alto contenido de GC , a menudo aparecen estructuras secundarias en su interior. Los bucles de horquilla son una de esas estructuras secundarias que pueden ubicarse dentro del 5' UTR. Estas estructuras secundarias también afectan a la regulación de la traducción . [9]
En las bacterias , el inicio de la traducción ocurre cuando el IF-3 , junto con la subunidad ribosomal 30S , se une a la secuencia Shine-Dalgarno (SD) del 5′ UTR. [5] Esto luego recluta muchas otras proteínas, como la subunidad ribosomal 50S , que permite que comience la traducción. Cada uno de estos pasos regula el inicio de la traducción.
La iniciación en Archaea es menos conocida. Las secuencias SD son mucho más raras y los factores de iniciación tienen más en común con los eucariotas. No existe ningún homólogo del IF3 bacteriano. [10] Algunos ARNm no tienen líder. [11]
En ambos dominios, los genes sin secuencias Shine-Dalgarno también se traducen de una manera menos comprendida. Un requisito parece ser la falta de estructura secundaria cerca del codón de iniciación. [12]
La regulación de la traducción en eucariotas es más compleja que en procariotas. Inicialmente, el complejo eIF4F se recluta en la tapa 5′ , que a su vez recluta al complejo ribosomal en la UTR 5′. Tanto eIF4E como eIF4G se unen a la UTR 5′, lo que limita la velocidad a la que puede ocurrir la iniciación de la traducción. Sin embargo, este no es el único paso regulador de la traducción que involucra a la UTR 5′.
Las proteínas de unión al ARN a veces sirven para evitar que se forme el complejo de preiniciación. Un ejemplo es la regulación del gen msl2 . La proteína SXL se une a un segmento intrón ubicado dentro del segmento 5′ UTR del transcrito primario, lo que conduce a la inclusión del intrón después del procesamiento. [13] Esta secuencia permite el reclutamiento de proteínas que se unen simultáneamente tanto al 5′ como al 3′ UTR , lo que no permite que las proteínas de traducción se ensamblen. Sin embargo, también se ha observado que SXL también puede reprimir la traducción de ARN que no contienen una cola de poli(A) , o más generalmente, 3′ UTR.
Otro regulador importante de la traducción es la interacción entre 3′ UTR y 5′ UTR.
La estructura de bucle cerrado inhibe la traducción. Esto se ha observado en Xenopus laevis , en el que eIF4E unido a la tapa 5′ interactúa con Maskin unido a CPEB en el UTR 3′, creando transcripciones inactivas para la traducción . Esta inhibición de la traducción se levanta una vez que se fosforila CPEB , desplazando el sitio de unión de Maskin, lo que permite la polimerización de la cola de PolyA, que puede reclutar la maquinaria de traducción por medio de PABP . [14] Sin embargo, es importante señalar que este mecanismo ha sido objeto de un gran escrutinio. [15]
Los niveles de hierro en las células se mantienen mediante la regulación de la traducción de muchas proteínas implicadas en el almacenamiento y el metabolismo del hierro. El 5′ UTR tiene la capacidad de formar una estructura secundaria de bucle de horquilla (conocida como elemento de respuesta al hierro o IRE) que es reconocido por las proteínas reguladoras del hierro (IRP1 e IRP2). En niveles bajos de hierro, el ORF del ARNm diana se bloquea como resultado del impedimento estérico de la unión de IRP1 e IRP2 al IRE. Cuando el hierro es alto, las dos proteínas reguladoras del hierro no se unen tan fuertemente y permiten que se expresen proteínas que tienen un papel en el control de la concentración de hierro. Esta función ha ganado cierto interés después de que se revelara que la traducción de la proteína precursora amiloide puede verse alterada debido a un polimorfismo de un solo nucleótido al IRE encontrado en el 5′ UTR de su ARNm , lo que lleva a un aumento espontáneo del riesgo de enfermedad de Alzheimer . [16]
Otra forma de regulación de la traducción en eucariotas proviene de elementos únicos en el UTR 5' llamados marcos abiertos de lectura ascendentes (uORF). Estos elementos son bastante comunes y se encuentran en el 35-49% de todos los genes humanos. [17] Un uORF es una secuencia codificante ubicada en el UTR 5' ubicado aguas arriba del sitio de iniciación de las secuencias codificantes. Estos uORF contienen su propio codón de iniciación, conocido como AUG ascendente (uAUG). Este codón puede ser escaneado por los ribosomas y luego traducido para crear un producto, [18] que puede regular la traducción de la secuencia codificante de la proteína principal u otros uORF que puedan existir en la misma transcripción.
La traducción de la proteína dentro del ORF principal después de que se haya traducido una secuencia uORF se conoce como reiniciación. [19] Se sabe que el proceso de reiniciación reduce la traducción de la proteína ORF. El control de la regulación de la proteína está determinado por la distancia entre el uORF y el primer codón en el ORF principal. [19] Se ha descubierto que un uORF aumenta la reiniciación con la distancia más larga entre su uAUG y el codón de inicio del ORF principal, lo que indica que el ribosoma necesita readquirir factores de traducción antes de poder llevar a cabo la traducción de la proteína principal. [19] Por ejemplo, la regulación de ATF4 la realizan dos uORF más arriba, llamados uORF1 y uORF2, que contienen tres aminoácidos y cincuenta y nueve aminoácidos, respectivamente. La ubicación de uORF2 se superpone con el ORF ATF4 . Durante condiciones normales, el uORF1 se traduce y luego la traducción de uORF2 ocurre solo después de que se haya readquirido eIF2 -TC. La traducción del uORF2 requiere que los ribosomas pasen por el ORF ATF4 , cuyo codón de inicio se encuentra dentro del uORF2. Esto conduce a su represión. Sin embargo, durante las condiciones de estrés, el ribosoma 40S evitará el uORF2 debido a una disminución en la concentración de eIF2-TC, lo que significa que el ribosoma no adquiere uno a tiempo para traducir el uORF2. En su lugar, se traduce el ATF4 . [19]
Además de la reiniciación, los uORF contribuyen a la iniciación de la traducción basándose en:
Los UTR 5′ virales (así como algunos eucariotas) contienen sitios internos de entrada a los ribosomas , que es un método independiente de la tapa de activación de la traducción. En lugar de construir un complejo en la tapa 5′, el IRES permite la unión directa de los complejos ribosómicos a la transcripción para comenzar la traducción. [20] El IRES permite que la transcripción viral se traduzca de manera más eficiente debido a la falta de necesidad de un complejo de preiniciación, lo que permite que el virus se replique rápidamente. [5]
La transcripción del transcrito msl-2 está regulada por múltiples sitios de unión para Sxl de mosca en el UTR 5'. [1] En particular, estos sitios de poliuracilo están ubicados cerca de un pequeño intrón que se empalma en los machos, pero se mantiene en las hembras a través de la inhibición del empalme. Esta inhibición del empalme se mantiene por Sxl . [1] Cuando está presente, Sxl reprimirá la traducción de msl2 al aumentar la traducción de un codón de inicio ubicado en un uORF en el UTR 5' (consulte más arriba para obtener más información sobre los uORF). Además, Sxl supera a TIA-1 en la competencia con una región poli(U) y evita el reclutamiento de snRNP (un paso en el empalme alternativo ) al sitio de empalme 5'. [1]
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