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Sitio de unión a ribosomas

Un sitio de unión a ribosomas , o sitio de unión a ribosomas ( RBS ), es una secuencia de nucleótidos aguas arriba del codón de inicio de una transcripción de ARNm que es responsable del reclutamiento de un ribosoma durante el inicio de la traducción . Principalmente, RBS se refiere a secuencias bacterianas, aunque se han descrito sitios internos de entrada a ribosomas (IRES) en ARNm de células eucariotas o virus que infectan a eucariotas . El reclutamiento de ribosomas en eucariotas generalmente está mediado por la tapa 5' presente en los ARNm de eucariotas.

Procariotas

La RBS en procariotas es una región aguas arriba del codón de inicio. Esta región del ARNm tiene el consenso 5'-AGGAGG-3', también llamada secuencia Shine-Dalgarno (SD). [1] La secuencia complementaria (CCUCCU), llamada anti-Shine-Dalgarno (ASD) está contenida en el extremo 3' de la región 16S de la subunidad ribosómica más pequeña (30S). Al encontrar la secuencia de Shine-Dalgarno, la ASD de la base del ribosoma se empareja con ella, tras lo cual se inicia la traducción. [2] [3]

Se han encontrado variaciones de la secuencia 5'-AGGAGG-3' en Archaea como regiones 5′-GGTG-3' altamente conservadas, 5 pares de bases aguas arriba del sitio de inicio. Además, algunas regiones de iniciación bacteriana, como rpsA en E. coli, carecen por completo de secuencias SD identificables. [4]

Efecto sobre la tasa de inicio de traducción

Los ribosomas procarióticos comienzan la traducción de la transcripción del ARNm mientras el ADN aún se está transcribiendo. Por tanto, la traducción y la transcripción son procesos paralelos. Los ARNm bacterianos suelen ser policistrónicos y contienen múltiples sitios de unión a ribosomas. El inicio de la traducción es el paso más regulado de la síntesis de proteínas en procariotas. [5]

La tasa de traducción depende de dos factores:

La secuencia RBS afecta a ambos factores.

Factores que afectan la tasa de reclutamiento de ribosomas.

La proteína ribosómica S1 se une a secuencias de adenina aguas arriba del RBS. Aumentar la concentración de adenina aguas arriba del RBS aumentará la tasa de reclutamiento de ribosomas. [5]

Factores que afectan la eficiencia del inicio de la traducción.

El nivel de complementariedad de la secuencia SD del ARNm con la ASD ribosómica afecta en gran medida la eficiencia del inicio de la traducción. Una complementariedad más rica da como resultado una mayor eficiencia de iniciación. [6] Vale la pena señalar que esto solo se mantiene hasta cierto punto: se sabe que tener una complementariedad demasiado rica disminuye paradójicamente la velocidad de traducción, ya que el ribosoma está demasiado unido para continuar aguas abajo. [6]

La distancia óptima entre el RBS y el codón de inicio es variable; depende de la porción de la secuencia SD codificada en el RBS real y su distancia al sitio de inicio de una secuencia SD consenso. El espaciado óptimo aumenta la tasa de inicio de la traducción una vez que se ha unido un ribosoma. [6] En un estudio también se descubrió que la composición de los nucleótidos en la propia región espaciadora afecta la tasa de inicio de la traducción. [7]

Proteínas de choque térmico

Las estructuras secundarias formadas por RBS pueden afectar la eficiencia traduccional del ARNm, generalmente inhibiendo la traducción. Estas estructuras secundarias se forman mediante enlaces H de los pares de bases del ARNm y son sensibles a la temperatura. A una temperatura más alta de lo habitual (~42 °C), la estructura secundaria RBS de las proteínas de choque térmico se deshace, lo que permite que los ribosomas se unan e inicien la traducción. Este mecanismo permite que una célula responda rápidamente a un aumento de temperatura. [5]

Eucariotas

tapa de 5'

El reclutamiento de ribosomas en eucariotas ocurre cuando los factores de iniciación de eucariotas elF4F y la proteína de unión a poli(A) (PABP) reconocen el ARNm cubierto en 5' y reclutan el complejo ribosomal 43S en esa ubicación. [8]

El inicio de la traducción ocurre después del reclutamiento del ribosoma, en el codón de inicio (subrayado) que se encuentra dentro de la secuencia de consenso de Kozak ACC AUG G. Dado que la secuencia de Kozak en sí no participa en el reclutamiento del ribosoma, no se considera un sitio de unión al ribosoma. [2] [8]

Sitio de entrada interno a los ribosomas (IRES)

Se sabe que los ribosomas eucariotas se unen a las transcripciones en un mecanismo diferente al que involucra la tapa 5', en una secuencia llamada sitio de entrada interno del ribosoma . Este proceso no depende del conjunto completo de factores de iniciación de la traducción (aunque depende del IRES específico) y se encuentra comúnmente en la traducción del ARNm viral. [9]

Anotación genética

La identificación de RBS se utiliza para determinar el sitio de inicio de la traducción en una secuencia no anotada. Esto se conoce como predicción N-terminal. Esto es especialmente útil cuando hay múltiples codones de inicio situados alrededor del sitio de inicio potencial de la secuencia codificante de la proteína. [10] [11]

La identificación de las RBS es particularmente difícil porque tienden a estar muy degeneradas. [12] Un enfoque para identificar RBS en E. coli es utilizar redes neuronales . [13] Otro enfoque es utilizar el método de muestreo de Gibbs . [10]

Historia

La secuencia Shine-Dalgarno, del RBS procariótico, fue descubierta por John Shine y Lynne Dalgarno en 1975. [1] [14] La secuencia consenso de Kozak fue identificada por primera vez por Marilyn Kozak en 1984 [15] mientras estaba en el Departamento de Ciencias Biológicas en la Universidad de Pittsburgh . [dieciséis]

Ver también

Referencias

  1. ^ ab Brillo, J .; Dalgarno, L. (6 de marzo de 1975). "Determinante de la especificidad de cistrones en ribosomas bacterianos". Naturaleza . 254 (5495): 34–38. Código Bib :1975Natur.254...34S. doi :10.1038/254034a0. PMID  803646. S2CID  4162567.
  2. ^ ab "Requisitos de secuencia del sitio de unión ribosomal". www.thermofisher.com . Consultado el 16 de octubre de 2015 .
  3. ^ "Ayuda: sitio de unión de ribosomas - parts.igem.org". partes.igem.org . Consultado el 16 de octubre de 2015 .
  4. ^ Omotajo, Damilola; Tate, Travis; Cho, Hyuk; Choudhary, Madhusudan (14 de agosto de 2015). "Distribución y diversidad de sitios de unión a ribosomas en genomas procarióticos". Genómica BMC . 16 (1): 604. doi : 10.1186/s12864-015-1808-6 . ISSN  1471-2164. PMC 4535381 . PMID  26268350. 
  5. ^ abc Laursen, Brian Søgaard; Sørensen, Hans Peter; Mortensen, Kim Kusk; Sperling-Petersen, Hans Uffe (1 de marzo de 2005). "Inicio de la síntesis de proteínas en bacterias". Reseñas de Microbiología y Biología Molecular . 69 (1): 101-123. doi :10.1128/MMBR.69.1.101-123.2005. ISSN  1092-2172. PMC 1082788 . PMID  15755955. 
  6. ^ a b C De Boer, Herman A.; Hui, Anna S. (1 de enero de 1990). "[9] Secuencias dentro del sitio de unión del ribosoma que afectan la traducibilidad del ARN mensajero y método para dirigir los ribosomas a especies únicas de ARN mensajero". En Enzimología, BT - Métodos en (ed.). Tecnología de expresión genética . vol. 185. Prensa académica. págs. 103-114. doi :10.1016/0076-6879(90)85011-C. ISBN 9780121820862. PMID  2199771.
  7. ^ Stormo, Gary D.; Schneider, Thomas D.; Oro, Larry M. (11 de mayo de 1982). "Caracterización de sitios de iniciación de la traducción en E. coli". Investigación de ácidos nucleicos . 10 (9): 2971–2996. doi :10.1093/nar/10.9.2971. ISSN  0305-1048. PMC 320669 . PMID  7048258. 
  8. ^ ab Hellen, Christopher UT; Sarnow, Peter (1 de julio de 2001). "Sitios de entrada de ribosomas internos en moléculas de ARNm eucariotas". Genes y desarrollo . 15 (13): 1593-1612. doi : 10.1101/gad.891101 . ISSN  0890-9369. PMID  11445534.
  9. ^ Pisarev, Andrey V.; Shirokikh, Nikolay E.; Hellen, Christopher UT (2005). "Inicio de la traducción mediante la unión independiente de factores de ribosomas eucariotas a sitios de entrada ribosomales internos". Comptes Rendus Biologías . 328 (7): 589–605. doi :10.1016/j.crvi.2005.02.004. PMID  15992743.
  10. ^ ab Hayes, William S.; Borodovsky, Mark (1998). "Derivación de modelos estadísticos del sitio de unión ribosomal (RBS) a partir de secuencias de ADN no anotadas y el uso del modelo RBS para la predicción N-terminal" (PDF) . Simposio del Pacífico sobre Biocomputación . 3 : 279–290.
  11. ^ Noguchi, Hideki; Taniguchi, Takeaki; Itoh, Takehiko (1 de diciembre de 2008). "MetaGeneAnnotator: detección de patrones específicos de especies del sitio de unión ribosomal para una predicción genética precisa en genomas de fagos y procarióticos anónimos". Investigación del ADN . 15 (6): 387–396. doi :10.1093/dnares/dsn027. ISSN  1340-2838. PMC 2608843 . PMID  18940874. 
  12. ^ Oliveira, Márcio Ferreira da Silva; Mendes, Daniele Quintella; Ferrari, Luciana Itida; Vasconcelos, Ana Tereza Ribeiro (2004). "Reconocimiento del sitio de unión de ribosomas mediante redes neuronales". Genética y Biología Molecular . 27 (4): 644–650. doi : 10.1590/S1415-47572004000400028 . ISSN  1415-4757.
  13. ^ Stormo, Gary D. (1 de enero de 2000). "Sitios de unión al ADN: representación y descubrimiento". Bioinformática . 16 (1): 16–23. doi :10.1093/bioinformática/16.1.16. ISSN  1367-4803. PMID  10812473.
  14. ^ "Prof John Shine - Instituto Garvan de Investigación Médica". www.garvan.org.au . Consultado el 10 de noviembre de 2015 .
  15. ^ Kozak, Marilyn (25 de enero de 1984). "Recopilación y análisis de secuencias aguas arriba del sitio de inicio de la traducción en ARNm eucarióticos". Investigación de ácidos nucleicos . 12 (2): 857–872. doi :10.1093/nar/12.2.857. ISSN  0305-1048. PMC 318541 . PMID  6694911. 
  16. ^ "Investigación: Las 10 mujeres científicas más importantes de los años 80: marcando la diferencia | The Scientist Magazine®". El científico . Consultado el 10 de noviembre de 2015 .