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Límite de cinco primas

En biología molecular , la tapa de cinco primos ( tapa 5' ) es un nucleótido especialmente alterado en el extremo 5' de algunas transcripciones primarias , como el ARN mensajero precursor . Este proceso, conocido como limitación de ARNm , está altamente regulado y es vital en la creación de ARN mensajero estable y maduro capaz de sufrir traducción durante la síntesis de proteínas . El ARNm mitocondrial [1] y el ARNm cloroplástico [2] no están protegidos.

Estructura

Estructura de tapa de 5′ (cap-2).
Estructura de ribosa que muestra las posiciones de los carbonos 2′, 3′ y 5′.

En eucariotas , la tapa 5' (cap-0), que se encuentra en el extremo 5' de una molécula de ARNm, consiste en un nucleótido de guanina conectado al ARNm mediante un enlace trifosfato inusual de 5' a 5' . Esta guanosina se metila en la posición 7 directamente después de ser tapada in vivo por una metiltransferasa . [3] [4] [5] [6] Se conoce como cápsula de 7-metilguanilato , abreviada m 7 G.

En eucariotas multicelulares y algunos virus, [7] existen modificaciones adicionales, incluida la metilación de los grupos 2' hidroxi de los primeros 2 azúcares ribosa del extremo 5' del ARNm. cap-1 tiene un grupo 2′-hidroxi metilado en el primer azúcar ribosa, mientras que cap-2 tiene grupos 2′-hidroxi metilados en los dos primeros azúcares ribosa, como se muestra a la derecha. La tapa 5' es químicamente similar al extremo 3' de una molécula de ARN (el carbono 5' de la ribosa de la tapa está unido y el 3' no está unido). Esto proporciona una resistencia significativa a las exonucleasas 5 ' . [ cita necesaria ]

Los ARN nucleares pequeños contienen tapas 5′ únicas. Los snRNA de clase Sm se encuentran con tapas de 5′-trimetilguanosina, mientras que los snRNA de clase Lsm se encuentran con tapas de 5′-monometilfosfato. [8]

En las bacterias , y potencialmente también en los organismos superiores, algunos ARN están recubiertos con NAD + , NADH o 3′-desfosfocoenzima A. [9] [10]

En todos los organismos, las moléculas de ARNm se pueden descapsular en un proceso conocido como descapsulación del ARN mensajero .

proceso de tapado

El punto de partida para el recubrimiento con 7-metilguanilato es el extremo 5' inalterado de una molécula de ARN, que termina en un grupo trifosfato. Este presenta un nucleótido final seguido de tres grupos fosfato unidos al carbono 5 '. [3] El proceso de protección se inicia antes de que se complete la transcripción, mientras se sintetiza el pre-ARNm naciente.

  1. Uno de los grupos fosfato terminales es eliminado por la ARN trifosfatasa , dejando un grupo bisfosfato (es decir, 5′(ppN)[pN] n );
  2. El GTP se añade al bisfosfato terminal mediante la ARNm guanililtransferasa , perdiendo un pirofosfato del sustrato de GTP en el proceso. Esto da como resultado el enlace trifosfato 5′-5′, que produce 5′(Gp)(ppN)[pN] n ;
  3. El nitrógeno 7 de la guanina se metila mediante ARNm (guanina- N 7-)-metiltransferasa , desmetilándose la S -adenosil- L -metionina para producir S -adenosil- L -homocisteína , lo que da como resultado 5′(m7Gp)(ppN) [pN] n (cap-0);
  4. Pueden ocurrir modificaciones adyacentes a la tapa, normalmente en el primer y segundo nucleótido, produciendo hasta 5′(m7Gp)(ppN*)(pN*)[pN] n (cap-1 y cap-2); [7]
  5. Si el nucleótido adyacente a la tapa más cercano es 2′- O -ribosa metiladenosina (es decir, 5′(m7Gp)(ppAm)[pN] n ), se puede metilar aún más en la posición metilo N6 para formar N6 - metiladenosina . resultando en 5′(m7Gp)(ppm6Am)[pN] n . [3]

El mecanismo de protección con NAD + , NADH o 3′-desfosfo-coenzima A es diferente. La protección con NAD + , NADH o 3′-desfosfo-coenzima A se logra mediante un "mecanismo de protección ab initio", en el que NAD + , NADH o 3′-desfosfo-coenzima A sirve como un "nucleótido iniciador no canónico". " (NCIN) para el inicio de la transcripción mediante la ARN polimerasa y, por lo tanto, se incorpora directamente al producto de ARN. [9] Tanto la ARN polimerasa bacteriana como la ARN polimerasa II eucariota son capaces de llevar a cabo este "mecanismo de limitación ab initio". [9]

Orientación

Para la protección con 7-metilguanilato, el complejo enzimático de protección (CEC) se une a la ARN polimerasa II antes de que comience la transcripción. Tan pronto como el extremo 5′ del nuevo transcrito emerge de la ARN polimerasa II, la CEC lleva a cabo el proceso de protección (este tipo de mecanismo garantiza la protección, como ocurre con la poliadenilación ). [11] [12] [13] [14] Las enzimas para la protección solo pueden unirse a la ARN polimerasa II , lo que garantiza la especificidad solo para estas transcripciones, que son casi en su totalidad ARNm. [12] [14]

La secuencia promotora apunta a la protección con NAD + , NADH o 3′-desfosfo-coenzima A. [9] La protección con NAD+, NADH o 3′-desfosfo-coenzima A ocurre solo en promotores que tienen ciertas secuencias en e inmediatamente aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción y, por lo tanto, ocurre solo para los ARN sintetizados a partir de ciertos promotores. [9]

Función

La gorra de 5′ tiene cuatro funciones principales:

  1. Regulación de la exportación nuclear; [15] [16]
  2. Prevención de la degradación por exonucleasas ; [9] [17] [18] [19]
  3. Promoción de la traducción (ver ribosoma y traducción ); [3] [4] [5]
  4. Promoción de la escisión del intrón proximal 5′. [20]

La exportación nuclear de ARN está regulada por el complejo de unión de cápsulas (CBC), que se une exclusivamente al ARN cubierto con 7-metilguanilato. Luego, el complejo de poros nucleares reconoce el CBC y lo exporta. Una vez en el citoplasma después de la ronda pionera de traducción, el CBC es reemplazado por los factores de traducción eIF4E y eIF4G del complejo eIF4F . [6] Este complejo luego es reconocido por otra maquinaria de iniciación de la traducción, incluido el ribosoma. [21]

La protección con 7-metilguanilato previene la degradación de 5 ′ de dos maneras. En primer lugar, se evita la degradación del ARNm por las exonucleasas 5' (como se mencionó anteriormente) al parecerse funcionalmente a un extremo 3'. En segundo lugar, el CBC y el eIF4E/eIF4G bloquean el acceso de las enzimas decapantes a la tapa. Esto aumenta la vida media del ARNm, esencial en los eucariotas ya que los procesos de exportación y traducción toman un tiempo considerable.

La decapación de un ARNm cubierto con 7-metilguanilato es catalizada por el complejo de decapación formado por al menos Dcp1 y Dcp2, que debe competir con eIF4E para unirse a la cubierta. Por lo tanto, la tapa de 7-metilguanilato es un marcador de un ARNm que se traduce activamente y las células lo utilizan para regular la vida media del ARNm en respuesta a nuevos estímulos. Los ARNm indeseables se envían a cuerpos P para su almacenamiento temporal o decapado, cuyos detalles aún se están resolviendo. [22]

El mecanismo de promoción de la escisión del intrón proximal 5' no se comprende bien, pero la tapa de 7-metilguanilato parece girar e interactuar con el espliceosoma en el proceso de empalme, promoviendo la escisión del intrón.

Ver también

Referencias

  1. ^ Temperley RJ, Wydro M, Lightowlers RN, Chrzanowska-Lightowlers ZM (junio de 2010). "ARNm mitocondriales humanos: como miembros de todas las familias, similares pero diferentes". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergética . 1797 (6–7): 1081–1085. doi :10.1016/j.bbabio.2010.02.036. PMC  3003153 . PMID  20211597.
  2. ^ Monde RA, Schuster G, Stern DB (7 de junio de 2000). "Procesamiento y degradación del ARNm del cloroplasto". Bioquimia . 82 (6–7): 573–582. doi :10.1016/S0300-9084(00)00606-4. PMID  10946108.
  3. ^ abcd Shatkin, A (diciembre de 1976). "Cobertura de ARNm eucarióticos". Celúla . 9 (4): 645–653. doi :10.1016/0092-8674(76)90128-8. PMID  1017010. S2CID  26743858.
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  6. ^ ab Marcotrigiano J, Gingras AC, Sonenberg N, Burley SK (junio de 1997). "Estructura cocristalina de la proteína de unión a cap 5 'del ARN mensajero (eIF4E) unida a 7-metil-GDP". Celúla . 89 (6): 951–961. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80280-9 . PMID  9200613. S2CID  15200116.
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enlaces externos