stringtranslate.com

Estructura terciaria del ácido nucleico.

Nucleic acid primary structureNucleic acid secondary structureNucleic acid double helixStem-loopPseudoknotNucleic acid quaternary structure
La imagen de arriba contiene enlaces en los que se puede hacer clic.
La imagen de arriba contiene enlaces en los que se puede hacer clic.
Imagen interactiva de la estructura del ácido nucleico (primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria) utilizando hélices de ADN y ejemplos de la ribozima VS , la telomerasa y el nucleosoma . ( PDB : ADNA, 1BNA, 4OCB, 4R4V, 1YMO, 1EQZ ​)

La estructura terciaria del ácido nucleico es la forma tridimensional de un polímero de ácido nucleico . [1] Las moléculas de ARN y ADN son capaces de realizar diversas funciones que van desde el reconocimiento molecular hasta la catálisis . Estas funciones requieren una estructura tridimensional precisa. Si bien estas estructuras son diversas y aparentemente complejas, están compuestas de motivos estructurales terciarios recurrentes y fácilmente reconocibles que sirven como componentes básicos moleculares. Algunos de los motivos más comunes para la estructura terciaria del ARN y el ADN se describen a continuación, pero esta información se basa en un número limitado de estructuras resueltas. Se revelarán muchos más motivos estructurales terciarios a medida que se caractericen estructuralmente nuevas moléculas de ARN y ADN.

Estructuras helicoidales

Las estructuras de las estructuras de doble hélice del ADN A, B y Z.

Doble hélice

La doble hélice es la estructura terciaria dominante del ADN biológico y también es una posible estructura del ARN. Se cree que en la naturaleza se encuentran tres conformaciones de ADN: ADN-A , ADN-B y ADN-Z . Se cree que la forma "B" descrita por James D. Watson y Francis Crick predomina en las células. [2] James D. Watson y Francis Crick describieron esta estructura como una doble hélice con un radio de 10 Å y un paso de 34 Å , que realiza una vuelta completa sobre su eje cada 10 pb de secuencia. [3] La doble hélice da una vuelta completa alrededor de su eje cada 10,4 a 10,5 pares de bases en solución. Esta frecuencia de torsión (conocida como paso helicoidal ) depende en gran medida de las fuerzas de apilamiento que cada base ejerce sobre sus vecinas en la cadena. El ARN de doble hélice adopta una conformación similar a la estructura en forma A.

Son posibles otras conformaciones; de hecho, ahora sólo están disponibles las letras F, Q, U, V e Y para describir cualquier nueva estructura de ADN que pueda aparecer en el futuro. [4] [5] Sin embargo, la mayoría de estas formas se han creado sintéticamente y no se han observado en sistemas biológicos naturales.

tripletes de ARN

Triplex de surcos mayores y menores

El triplete del surco menor es un motivo estructural de ARN ubicuo . Debido a que las interacciones con el surco menor a menudo están mediadas por el 2'-OH del azúcar ribosa , este motivo de ARN tiene un aspecto muy diferente de su equivalente de ADN . El ejemplo más común de un triple de surco menor es el motivo de La menor, o la inserción de bases de adenosina en el surco menor (ver arriba). Sin embargo, este motivo no se limita a las adenosinas, ya que también se ha observado que otras nucleobases interactúan con el surco menor del ARN.

El surco menor presenta un complemento casi perfecto para una base insertada. Esto permite contactos óptimos de van der Waals , extensos enlaces de hidrógeno y enterramiento superficial hidrofóbico , y crea una interacción altamente favorable desde el punto de vista energético. [8] [9] Debido a que los triples de surcos menores son capaces de empaquetar de manera estable un bucle y una hélice libres, son elementos clave en la estructura de los ribonucleótidos grandes , incluido el intrón del grupo I, [10] el intrón del grupo II, [11] y el ribosoma .

Cuádruplex

Aunque el surco principal del ARN de forma A estándar es bastante estrecho y, por lo tanto, está menos disponible para la interacción triple que el surco menor, se pueden observar interacciones triples del surco mayor en varias estructuras de ARN. Estas estructuras constan de varias combinaciones de pares de bases e interacciones de Hoogsteen. Por ejemplo, el triplete GGC (GGC amino(N-2)-N-7, imino-carbonilo, carbonil-amino(N-4); Watson-Crick) observado en el ribosoma 50S , compuesto por un GC tipo Watson-Crick par y una G entrante que forma una red pseudo-Hoogsteen de interacciones de enlaces de hidrógeno entre ambas bases involucradas en el emparejamiento canónico. [12] Otros ejemplos notables de tripletes de surcos principales incluyen (i) el núcleo catalítico del intrón del grupo II que se muestra en la figura de la izquierda [6] (ii) una triple hélice catalíticamente esencial observada en el ARN de la telomerasa humana [7] (iii) el riboswitch SAM-II [14] y (iv) el elemento de expresión nuclear (ENE), que actúa como elemento de estabilización del ARN mediante la formación de triple hélice con la cola poli(A). [15] [16]

El ADN de triple hebra también es posible a partir de enlaces de hidrógeno de Hoogsteen o de Hoogsteen invertidos en el surco principal del ADN en forma B.

Cuádruplex

Además de las dobles hélices y las triples antes mencionadas, el ARN y el ADN también pueden formar cuádruples hélices. Existen diversas estructuras de cuádruples de bases de ARN. Cuatro residuos de guanina consecutivos pueden formar un cuádruplex en el ARN mediante enlaces de hidrógeno de Hoogsteen para formar un "anillo de Hoogsteen" (ver figura). [12] Los pares GC y AU también pueden formar cuádruplex de bases con una combinación de emparejamiento Watson-Crick y emparejamiento no canónico en el surco menor . [17]

El núcleo del aptámero verde de malaquita es también una especie de base cuádruple con un patrón de enlaces de hidrógeno diferente (ver figura). [13] El cuádruplex puede repetirse varias veces consecutivas, produciendo una estructura inmensamente estable.

La estructura única de las regiones cuádruplex del ARN puede cumplir diferentes funciones en un sistema biológico. Dos funciones importantes son el potencial de unión con ligandos o proteínas y su capacidad para estabilizar toda la estructura terciaria del ADN o ARN. La estructura fuerte puede inhibir o modular la transcripción y replicación , como en los telómeros de los cromosomas y la UTR del ARNm. [18] La identidad de la base es importante para la unión del ligando. El cuarteto G normalmente se une a cationes monovalentes como el potasio, mientras que otras bases pueden unirse a muchos otros ligandos como la hipoxantina en un cuádruplex UUCU. [17]

Junto con estas funciones, el cuádruplex G en el ARNm alrededor de las regiones de unión a ribosomas podría servir como regulador de la expresión genética en bacterias . [19] Es posible que aún queden estructuras y funciones más interesantes por descubrir in vivo .

Apilamiento coaxial

Estructura secundaria (recuadro) y terciaria del ARNt que muestra el apilamiento coaxial. [20]

El apilamiento coaxial, también conocido como apilamiento helicoidal, es un determinante importante de la estructura terciaria del ARN de orden superior. El apilamiento coaxial ocurre cuando dos dúplex de ARN forman una hélice contigua, que se estabiliza mediante apilamiento de bases en la interfaz de las dos hélices. Se observó apilamiento coaxial en la estructura cristalina de tRNAPhe. [21] Más recientemente, se ha observado apilamiento coaxial en estructuras de orden superior de muchas ribozimas , incluidas muchas formas de intrones autoempalmables del grupo I y del grupo II . Los motivos de apilamiento coaxial comunes incluyen la interacción del bucle de besos y el pseudonudo . La estabilidad de estas interacciones puede predecirse mediante una adaptación de las “reglas de Turner”. [22]

En 1994, Walter y Turner determinaron las contribuciones de energía libre de las interacciones de apilamiento del vecino más cercano dentro de una interfaz hélice-hélice mediante el uso de un sistema modelo que creó una interfaz hélice-hélice entre un oligómero corto y un saliente de cuatro nucleótidos al final de una horquilla. provenir . Sus experimentos confirmaron que la contribución termodinámica del apilamiento de bases entre dos estructuras secundarias helicoidales imita estrechamente la termodinámica de la formación dúplex estándar (las interacciones entre vecinos más cercanos predicen la estabilidad termodinámica de la hélice resultante). La estabilidad relativa de las interacciones con los vecinos más cercanos se puede utilizar para predecir un apilamiento coaxial favorable basándose en una estructura secundaria conocida. Walter y Turner descubrieron que, en promedio, la predicción de la estructura del ARN mejoraba del 67 % al 74 % de precisión cuando se incluían las contribuciones del apilamiento coaxial. [23]

La mayoría de las estructuras terciarias de ARN mejor estudiadas contienen ejemplos de apilamiento coaxial. Algunos ejemplos destacados son el ARNt-Phe, los intrones del grupo I, los intrones del grupo II y los ARN ribosómicos. Las estructuras cristalinas del ARNt revelaron la presencia de dos hélices extendidas que resultan del apilamiento coaxial del tallo aceptor de aminoácidos con el brazo en T y del apilamiento de los brazos D y anticodón. Estas interacciones dentro del ARNt orientan el tallo del anticodón perpendicularmente al tallo del aminoácido, lo que conduce a la estructura terciaria funcional en forma de L. [21] En los intrones del grupo I, se demostró que las hélices P4 y P6 se ​​apilan coaxialmente utilizando una combinación de métodos bioquímicos [24] y cristalográficos. La estructura cristalina de P456 proporcionó una vista detallada de cómo el apilamiento coaxial estabiliza el empaquetamiento de hélices de ARN en estructuras terciarias. [25] En el intrón del grupo II de autoempalme de Oceanobacillus iheyensis, los tallos IA e IB se apilan coaxialmente y contribuyen a la orientación relativa de las hélices constituyentes de una unión de cinco vías. [6] Esta orientación facilita el plegamiento adecuado del sitio activo de la ribozima funcional. El ribosoma contiene numerosos ejemplos de apilamiento coaxial, incluidos segmentos apilados de hasta 70 pb. [26]

formación de un pseudonudo con apilamiento coaxial de las dos hélices

Dos motivos comunes que involucran el apilamiento coaxial son los bucles de besos y los pseudonudos. En las interacciones de bucles de besos, las regiones de bucles monocatenarios de dos horquillas interactúan mediante el emparejamiento de bases, formando una hélice compuesta apilada coaxialmente. En particular, esta estructura permite que todos los nucleótidos de cada bucle participen en interacciones de apilamiento y apareamiento de bases. Este motivo fue visualizado y estudiado mediante análisis de RMN por Lee y Crothers. [27] El motivo de pseudonudo ocurre cuando una región monocatenaria de un bucle de horquilla se empareja con una secuencia ascendente o descendente dentro de la misma cadena de ARN. Las dos regiones dúplex resultantes a menudo se apilan una sobre otra, formando una hélice compuesta apilada coaxialmente estable. Un ejemplo de motivo de pseudonudo es la ribozima altamente estable del virus de la hepatitis Delta, en la que la columna vertebral muestra una topología general de pseudonudo doble. [28]

Se ha observado un efecto similar al apilamiento coaxial en estructuras de ADN diseñadas racionalmente . Las estructuras de origami de ADN contienen una gran cantidad de dobles hélices con extremos romos expuestos. Se observó que estas estructuras se pegaban a lo largo de los bordes que contenían estos extremos romos expuestos, debido a las interacciones de apilamiento hidrófobas. [29] Al combinar estas nanoestructuras de ADN diseñadas racionalmente y las imágenes de súper resolución DNA-PAINT, los investigadores discernieron la fuerza individual de apilamiento de energías entre todos los dinucleótidos posibles. [30]

Otros motivos

Interacciones tetraloop-receptor

Representación en barra de un tetraloop GAAA: un ejemplo de la familia de tetraloop GNRA. [31]

Las interacciones tetrabucle-receptor combinan interacciones de emparejamiento y apilamiento de bases entre los nucleótidos del bucle de un motivo tetrabucle y un motivo receptor ubicado dentro de un dúplex de ARN, creando un contacto terciario que estabiliza el pliegue terciario global de una molécula de ARN . Los tetraloops también son posibles estructuras en dúplex de ADN. [32]

Los bucles de tallo pueden variar mucho en tamaño y secuencia, pero los tetrabucles de cuatro nucleótidos son muy comunes y generalmente pertenecen a una de tres categorías, según la secuencia. [33] Estas tres familias son los tetraloops CUYG, UNCG y GNRA (ver figura a la derecha) . [34] En cada una de estas familias de tetraloop, el segundo y tercer nucleótidos forman una vuelta en la cadena de ARN y un par de bases entre el primer y cuarto nucleótidos estabiliza la estructura del tallo. Se ha determinado, en general, que la estabilidad del tetrabucle depende de la composición de bases dentro del bucle y de la composición de este "par de bases de cierre". [35] La familia de tetraloops GNRA es la que se observa más comúnmente dentro de las interacciones Tetraloop-receptor. Además, se sabe que los tetraloops UMAC son versiones alternativas de los bucles GNRA, y ambos comparten estructuras principales similares; A pesar de las similitudes, difieren en las posibles interacciones de largo alcance de las que son capaces. [36]

Tetraloop y receptor GAAA: representación en barra del tetraloop (amarillo) y su receptor, que muestra el emparejamiento de bases de Watson-Crick y Hoogsteen. [31]

Los “motivos del receptor tetraloop” son interacciones terciarias de largo alcance [37] que consisten en enlaces de hidrógeno entre las bases en las secuencias tetraloop a stemloop en secciones distales de la estructura secundaria del ARN. [38] Además de los enlaces de hidrógeno, las interacciones de apilamiento son un componente importante de estas interacciones terciarias. Por ejemplo, en las interacciones GNRA-tetraloop, el segundo nucleótido del tetraloop se apila directamente en un motivo de plataforma A (ver arriba) dentro del receptor. [25] La secuencia del tetraloop y su receptor a menudo covarían, de modo que se puede realizar el mismo tipo de contacto terciario con diferentes isoformas del tetraloop y su receptor afín. [39]

Por ejemplo, el intrón del grupo I de autoempalme se basa en motivos del receptor de tetrabucle para su estructura y función. [25] [38] Específicamente, los tres residuos de adenina del motivo canónico GAAA se apilan en la parte superior de la hélice del receptor y forman múltiples enlaces de hidrógeno estabilizadores con el receptor. La primera adenina de la secuencia GAAA forma un triple par de bases con las bases del receptor AU. La segunda adenina se estabiliza mediante enlaces de hidrógeno con la misma uridina, así como mediante su 2'-OH con el receptor y mediante interacciones con la guanina del tetraloop GAAA. La tercera adenina forma un triple par de bases.

Motivo en la menor

Interacciones en la menor

El motivo La menor es un motivo estructural terciario de ARN ubicuo . Se forma mediante la inserción de un nucleósido desapareado en el surco menor de un dúplex de ARN. Como tal, es un ejemplo de triple de surco menor. Aunque la guanosina, la citosina y la uridina también pueden formar interacciones triples de surcos menores, las interacciones de surcos menores por adenina son muy comunes. En el caso de la adenina, el borde N1-C2-N3 de la base de inserción forma enlaces de hidrógeno con uno o ambos de los 2'-OH del dúplex, así como con las bases del dúplex (ver figura: A-interacciones menores ). El dúplex del host suele ser un par de bases de GC.

Los motivos de La menor se han separado en cuatro clases, [8] [9] tipos 0 a III, según la posición de la base de inserción en relación con los dos 2'-OH del par de bases de Watson-Crick . En los motivos A menor de tipo I y II, N3 de adenina se inserta profundamente dentro del surco menor del dúplex (ver figura: Interacciones A menor - interacción tipo II), y hay una buena complementariedad de forma con el par de bases. A diferencia de los tipos 0 y III, las interacciones de tipo I y II son específicas de la adenina debido a las interacciones de enlaces de hidrógeno. En la interacción tipo III, tanto el O2' como el N3 de la base de inserción están menos asociados con el surco menor del dúplex. Los motivos de tipo 0 y III son más débiles y no específicos porque están mediados por interacciones con un solo 2'-OH (ver figura: Interacciones en A menor: interacciones de tipo 0 y tipo III).

El motivo A menor se encuentra entre los motivos estructurales de ARN más comunes en el ribosoma, donde contribuye a la unión del ARNt a la subunidad 23S. [41] Con mayor frecuencia estabilizan las interacciones dúplex de ARN en bucles y hélices, como en el núcleo de los intrones del grupo II. [6]

Un ejemplo interesante de La menor es su papel en el reconocimiento de anticodones . El ribosoma debe discriminar entre pares codón-anticodón correctos e incorrectos. Lo hace, en parte, mediante la inserción de bases de adenina en el surco menor. Los pares codón-anticodón incorrectos presentarán una geometría helicoidal distorsionada, lo que impedirá que la interacción A menor estabilice la unión y aumentará la tasa de disociación del ARNt incorrecto. [42]

Un análisis de los motivos A menor en el ARN ribosomal 23S ha revelado una red jerárquica de dependencias estructurales, que se sugiere que están relacionadas con la evolución ribosomal y con el orden de los eventos que llevaron al desarrollo de la subunidad grande bacteriana moderna. [43]

Se informa que el motivo A menor y su nueva subclase, las interacciones WC/H A menor, fortalecen otras estructuras terciarias de ARN, como las triples hélices del surco principal identificadas en los elementos de estabilización de ARN. [16] [15]

Cremallera ribosa

Cremalleras de ribosa: vista de una cremallera de ribosa canónica entre dos columnas vertebrales de ARN. [31]

La cremallera de ribosa es un elemento estructural terciario del ARN en el que dos cadenas de ARN se mantienen unidas mediante interacciones de enlaces de hidrógeno que involucran el 2'OH de los azúcares ribosa en diferentes hebras. El 2'OH puede comportarse como donante y aceptor de enlaces de hidrógeno, lo que permite la formación de enlaces de hidrógeno bifurcados con otro 2'OH. [44] [45]

Se han descrito numerosas formas de cremallera de ribosa, pero un tipo común implica cuatro enlaces de hidrógeno entre grupos 2'-OH de dos azúcares adyacentes. Las cremalleras de ribosa suelen aparecer en conjuntos que estabilizan las interacciones entre cadenas de ARN separadas. [46] Las cremalleras de ribosa se observan a menudo como interacciones vástago-bucle con una especificidad de secuencia muy baja. Sin embargo, en las subunidades ribosómicas pequeñas y grandes , existe una propensión a las cremalleras de ribosa de la secuencia CC/AA: dos citosinas en la primera cadena emparejadas con dos adeninas en la segunda cadena.

Papel de los iones metálicos.

Unión de iones metálicos en el intrón del grupo I

Los ARN funcionales suelen ser moléculas estables y plegadas con formas tridimensionales en lugar de hebras lineales y flexibles. [48] ​​Los cationes son esenciales para la estabilización termodinámica de las estructuras terciarias del ARN. Los cationes metálicos que se unen al ARN pueden ser monovalentes, divalentes o trivalentes. El potasio (K + ) es un ion monovalente común que se une al ARN. Un ion divalente común que se une al ARN es el magnesio (Mg 2+ ). Se ha descubierto que otros iones, incluidos el sodio (Na + ), el calcio (Ca 2+ ) y el manganeso (Mn 2+ ), se unen al ARN in vivo e in vitro . Los cationes orgánicos multivalentes como la espermidina o la espermina también se encuentran en las células y contribuyen de manera importante al plegamiento del ARN. Los iones trivalentes como la hexamina de cobalto o los iones de lantánido como el terbio (Tb 3+ ) son herramientas experimentales útiles para estudiar la unión de metales al ARN. [49] [50]

Un ion metálico puede interactuar con el ARN de múltiples formas. Un ion puede asociarse de forma difusa con la columna vertebral del ARN, protegiendo interacciones electrostáticas que de otro modo serían desfavorables . Esta detección de carga la realizan a menudo iones monovalentes. Los iones unidos al sitio estabilizan elementos específicos de la estructura terciaria del ARN. Las interacciones ligadas a un sitio se pueden subdividir en dos categorías dependiendo de si el agua media la unión del metal. Las interacciones de la “esfera exterior” están mediadas por moléculas de agua que rodean el ion metálico. Por ejemplo, el hexahidrato de magnesio interactúa y estabiliza motivos específicos de la estructura terciaria del ARN mediante interacciones con guanosina en el surco principal. Por el contrario, las interacciones de la "esfera interior" están mediadas directamente por el ion metálico. El ARN a menudo se pliega en múltiples etapas y estos pasos pueden estabilizarse mediante diferentes tipos de cationes. En las primeras etapas, el ARN forma estructuras secundarias estabilizadas mediante la unión de cationes monovalentes, cationes divalentes y aminas polianiónicas para neutralizar la cadena principal polianiónica. Las últimas etapas de este proceso implican la formación de una estructura terciaria de ARN, que se estabiliza casi en gran medida mediante la unión de iones divalentes como el magnesio con posibles contribuciones de la unión de potasio.

Los sitios de unión de metales a menudo se localizan en el surco principal profundo y estrecho del dúplex de ARN, coordinándose con los bordes de Hoogsteen de las purinas . En particular, los cationes metálicos estabilizan los sitios de torsión de la columna vertebral donde el empaquetamiento apretado de fosfatos da como resultado una región de carga negativa densa. Hay varios motivos de unión a iones metálicos en dúplex de ARN que se han identificado en estructuras cristalinas. Por ejemplo, en el dominio P4-P6 del intrón del grupo I de Tetrahymena thermophila , varios sitios de unión de iones consisten en pares oscilantes GU en tándem y desajustes GA en tándem , en los que cationes divalentes interactúan con el borde Hoogsteen de guanosina a través de O6 y N7. [51] [52] [53] Otro motivo de unión de iones en el intrón del grupo I de Tetrahymena es el motivo de plataforma AA, en el que adenosinas consecutivas en la misma cadena de ARN forman un par de pseudobases no canónicos. [54] A diferencia del motivo GU en tándem, el motivo de plataforma AA se une preferentemente a cationes monovalentes. En muchos de estos motivos, la ausencia de cationes monovalentes o divalentes da como resultado una mayor flexibilidad o una pérdida de la estructura terciaria.

Se ha descubierto que los iones metálicos divalentes, especialmente el magnesio , son importantes para la estructura de las uniones del ADN, como la unión Holliday intermedia en la recombinación genética . El ion magnesio protege los grupos fosfato cargados negativamente en la unión y permite que se coloquen más juntos, lo que permite una conformación apilada en lugar de una conformación no apilada. [55] El magnesio es vital para estabilizar este tipo de uniones en estructuras diseñadas artificialmente utilizadas en la nanotecnología del ADN , como el motivo de doble cruce. [56]

Historia

Los primeros trabajos en biología estructural del ARN coincidieron, más o menos, con los trabajos realizados sobre el ADN a principios de los años cincuenta. En su artículo fundamental de 1953, Watson y Crick sugirieron que el hacinamiento de Van der Waals por el grupo 2`OH de la ribosa impediría que el ARN adoptara una estructura de doble hélice idéntica al modelo que propusieron: lo que ahora conocemos como ADN en forma B. [57] Esto provocó preguntas sobre la estructura tridimensional del ARN: ¿podría esta molécula formar algún tipo de estructura helicoidal y, de ser así, cómo?

A mediados de la década de 1960, se estudiaba intensamente el papel del ARNt en la síntesis de proteínas. En 1965, Holley et al. purificó y secuenció la primera molécula de ARNt, proponiendo inicialmente que adoptara una estructura de hoja de trébol, basada en gran medida en la capacidad de ciertas regiones de la molécula para formar estructuras de bucle de tallo. [58] El aislamiento del ARNt resultó ser el primer gran éxito inesperado en la biología estructural del ARN. En 1971, Kim et al. logró otro avance, produciendo cristales de ARNt PHE de levadura que se difractaban a resoluciones de 2-3 Ångström utilizando espermina, una poliamina natural , que se unía al ARNt y lo estabilizaba. [59]

Durante un tiempo considerable después de las primeras estructuras de ARNt, el campo de la estructura del ARN no avanzó dramáticamente. La capacidad de estudiar una estructura de ARN dependía de la posibilidad de aislar el objetivo de ARN. Esto resultó ser una limitación para este campo durante muchos años, en parte porque otros objetivos conocidos (es decir, el ribosoma ) eran significativamente más difíciles de aislar y cristalizar. Como tal, durante unos veinte años después de la publicación original de la estructura del ARNt PHE , solo se resolvieron las estructuras de un puñado de otros objetivos de ARN, y casi todos pertenecían a la familia de ARN de transferencia. [60]

Esta desafortunada falta de alcance eventualmente se superaría en gran medida gracias a dos avances importantes en la investigación de ácidos nucleicos: la identificación de ribozimas y la capacidad de producirlas mediante transcripción in vitro . Después de la publicación de Tom Cech que implicaba al intrón del grupo I de Tetrahymena como una ribozima autocatalítica, [61] y el informe de Sidney Altman sobre la catálisis por ARN de ribonucleasa P, [62] se identificaron varios otros ARN catalíticos a finales de la década de 1980, [63] incluido el tiburón martillo. ribozima. En 1994, McKay et al. publicaron la estructura de un 'complejo inhibidor de ribozima ARN-ADN de cabeza de martillo' con una resolución de 2,6 Ångström, en el que la actividad autocatalítica de la ribozima se interrumpía mediante la unión a un sustrato de ADN. [64] Además de los avances que se están realizando en la determinación de la estructura global mediante cristalografía, a principios de la década de 1990 también se vio la implementación de la RMN como una técnica poderosa en la biología estructural del ARN. Investigaciones como esta permitieron una caracterización más precisa de las interacciones de emparejamiento y apilamiento de bases que estabilizaron los pliegues globales de grandes moléculas de ARN.

El resurgimiento de la biología estructural del ARN a mediados de la década de 1990 ha provocado una verdadera explosión en el campo de la investigación estructural de los ácidos nucleicos. Desde la publicación de las estructuras del tiburón martillo y del P 4-6 , se han realizado numerosas contribuciones importantes al campo. Algunos de los ejemplos más notables incluyen las estructuras de los intrones del Grupo I y del Grupo II , [6] y el Ribosoma . [40] Las primeras tres estructuras se produjeron mediante transcripción in vitro , y la RMN ha desempeñado un papel en la investigación de componentes parciales de las cuatro estructuras, testimonio de lo indispensable de ambas técnicas para la investigación del ARN. El Premio Nobel de Química de 2009 fue otorgado a Ada Yonath , Venkatraman Ramakrishnan y Thomas Steitz por su trabajo estructural sobre el ribosoma , lo que demuestra el papel destacado que ha desempeñado la biología estructural del ARN en la biología molecular moderna.

Ver también

Referencias

  1. ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "estructura terciaria". doi :10.1351/librooro.T06282
  2. ^ Richmond TJ, Davey CA (mayo de 2003). "La estructura del ADN en el núcleo del nucleosoma". Naturaleza . 423 (6936): 145–50. Código Bib :2003Natur.423..145R. doi : 10.1038/naturaleza01595. PMID  12736678. S2CID  205209705.
  3. ^ Watson JD, Crick FH (abril de 1953). "Estructura molecular de los ácidos nucleicos; una estructura para el ácido nucleico desoxirribosa" (PDF) . Naturaleza . 171 (4356): 737–8. Código Bib :1953Natur.171..737W. doi :10.1038/171737a0. PMID  13054692. S2CID  4253007.
  4. ^ Bansal M (2003). "Estructura del ADN: revisando la doble hélice de Watson-Crick". Ciencia actual . 85 (11): 1556-1563.
  5. ^ Ghosh A, Bansal M (2003). "Un glosario de estructuras de ADN de la A a la Z". Acta Crystallogr D. 59 (4): 620–626. doi :10.1107/S0907444903003251. PMID  12657780.
  6. ^ abcde PDB : 3BWP ​; Toor N, Keating KS, Taylor SD, Pyle AM ​​(abril de 2008). "Estructura cristalina de un intrón del grupo II autoempalmado". Ciencia . 320 (5872): 77–82. Código Bib : 2008 Ciencia... 320... 77T. doi : 10.1126/ciencia.1153803. PMC 4406475 . PMID  18388288. ; renderizado con PyMOL
  7. ^ ab PDB : 2K95 ​; Kim NK, Zhang Q, Zhou J, Theimer CA, Peterson RD, Feigon J (diciembre de 2008). "Estructura de la solución y dinámica del pseudonudo de tipo salvaje del ARN de telomerasa humana". J. Mol. Biol . 384 (5): 1249–61. doi :10.1016/j.jmb.2008.10.005. PMC 2660571 . PMID  18950640. ; renderizado con PyMOL
  8. ^ ab Nissen P, Ippolito JA, Ban N, Moore PB, Steitz TA (abril de 2001). "Interacciones del ARN terciario en la subunidad ribosómica grande: el motivo A menor". Proc. Nacional. Acad. Ciencia. EE.UU . 98 (9): 4899–903. Código bibliográfico : 2001PNAS...98.4899N. doi : 10.1073/pnas.081082398 . PMC 33135 . PMID  11296253. 
  9. ^ ab Doherty EA, Batey RT, Masquida B, Doudna JA (abril de 2001). "Un modo universal de empaquetado de hélices en ARN". Nat. Estructura. Biol . 8 (4): 339–43. doi :10.1038/86221. PMID  11276255. S2CID  213577.
  10. ^ Szewczak AA, Ortoleva-Donnelly L, Ryder SP, Moncoeur E, Strobel SA (diciembre de 1998). "Una triple hélice de ARN de surco menor dentro del núcleo catalítico de un intrón del grupo I". Nat. Estructura. Biol . 5 (12): 1037–42. doi :10.1038/4146. PMID  9846872. S2CID  10908125.
  11. ^ Boudvillain M, de Lencastre A, Pyle AM ​​(julio de 2000). "Una interacción terciaria que une dominios de sitio activo con el sitio de empalme 5 'de un intrón del grupo II". Naturaleza . 406 (6793): 315–8. Código Bib :2000Natur.406..315B. doi :10.1038/35018589. PMID  10917534. S2CID  4336795.
  12. ^ abc PDB : 1RAU ​; Cheong C, Moore PB (septiembre de 1992). "Estructura de la solución de un tetraplex de ARN inusualmente estable que contiene estructuras de cuarteto G y U". Bioquímica . 31 (36): 8406–14. doi :10.1021/bi00151a003. PMID  1382577.; renderizado con PyMOL
  13. ^ ab PDB : 1FIT ​; Baugh C, Grate D, Wilson C (agosto de 2000). "2.8 Una estructura cristalina del aptámero verde de malaquita". J. Mol. Biol . 301 (1): 117–28. doi :10.1006/jmbi.2000.3951. PMID  10926496.; renderizado con PyMOL
  14. ^ Gilbert SD, Rambo RP, Van Tyne D, Batey RT (febrero de 2008). "Estructura del riboswitch SAM-II unido a S-adenosilmetionina". Nat. Estructura. Mol. Biol . 15 (2): 177–82. doi :10.1038/nsmb.1371. PMID  18204466. S2CID  40791601.
  15. ^ ab Mitton-Fry RM, DeGregorio SJ, Wang J, Steitz TA, Steitz JA (noviembre de 2010). "Reconocimiento de la cola de poli (A) por un elemento de ARN viral mediante el ensamblaje de una triple hélice". Ciencia . 330 (6008): 1244–7. Código Bib : 2010 Ciencia... 330.1244M. doi : 10.1126/ciencia.1195858. PMC 3074936 . PMID  21109672. 
  16. ^ ab Torabi SF, Vaidya AT, Tycowski KT, DeGregorio SJ, Wang J, Shu MD, et al. (enero de 2021). "Estabilización del ARN mediante un bolsillo de unión del extremo 3' de la cola poli (A) y otros modos de interacción poli (A) -ARN". Ciencia . 371 (6529). doi : 10.1126/ciencia.abe6523 . ISSN  0036-8075. PMC 9491362 . PMID  33414189. S2CID  231195473. 
  17. ^ ab Batey RT, Gilbert SD, Montange RK (noviembre de 2004). "Estructura de un riboswitch natural que responde a guanina formando complejo con el metabolito hipoxantina". Naturaleza . 432 (7015): 411–5. Código Bib :2004Natur.432..411B. doi : 10.1038/naturaleza03037. PMID  15549109. S2CID  2462025.
  18. ^ Arthanari H, Bolton PH (marzo de 2001). "Funciones funcionales y disfuncionales del ADN cuádruple en las células". Química. Biol . 8 (3): 221–30. doi : 10.1016/S1074-5521(01)00007-2 . PMID  11306347.
  19. ^ Oliver AW, Bogdarina I, Schroeder E, Taylor IA, Kneale GG (agosto de 2000). "Unión preferencial de la proteína del gen 5 fd a estructuras de ácido nucleico tetraplex". J. Mol. Biol . 301 (3): 575–84. doi :10.1006/jmbi.2000.3991. PMID  10966771.
  20. ^ AP : 6tna ​; Sussman JL, Holbrook SR, Warrant RW, Church GM, Kim SH (agosto de 1978). "Estructura cristalina del ARN de transferencia de fenilalanina de levadura. I. Refinamiento cristalográfico". J. Mol. Biol . 123 (4): 607–30. doi :10.1016/0022-2836(78)90209-7. PMID  357742.; renderizado a través de PyMOL.
  21. ^ ab Quigley GJ, Rich A (noviembre de 1976). "Dominios estructurales de moléculas de ARN de transferencia". Ciencia . 194 (4267): 796–806. Código Bib : 1976 Ciencia... 194..796Q. doi : 10.1126/ciencia.790568. PMID  790568.
  22. ^ "Douglas H. Turner". Las reglas de Turner . Departamento de Química, Universidad de Rochester.
  23. ^ Walter AE, Turner DH, Kim J, Lyttle MH, Müller P, Mathews DH, Zuker M (septiembre de 1994). "El apilamiento coaxial de hélices mejora la unión de oligorribonucleótidos y mejora las predicciones del plegamiento del ARN". Proc. Nacional. Acad. Ciencia. EE.UU . 91 (20): 9218–22. Código bibliográfico : 1994PNAS...91.9218W. doi : 10.1073/pnas.91.20.9218 . PMC 44783 . PMID  7524072. 
  24. ^ Murphy FL, Wang YH, Griffith JD, Cech TR (septiembre de 1994). "Hélices de ARN apiladas coaxialmente en el centro catalítico de la ribozima de Tetrahymena". Ciencia . 265 (5179): 1709–12. Código Bib : 1994 Ciencia... 265.1709M. doi : 10.1126/ciencia.8085157. PMID  8085157.
  25. ^ abc Cate JH, Gooding AR, Podell E, Zhou K, Golden BL, Kundrot CE, Cech TR, Doudna JA (septiembre de 1996). "Estructura cristalina de un dominio de ribozima del grupo I: principios de empaquetamiento de ARN". Ciencia . 273 (5282): 1678–85. Código Bib : 1996 Ciencia... 273.1678C. doi : 10.1126/ciencia.273.5282.1678. PMID  8781224. S2CID  38185676.
  26. ^ Noller HF (septiembre de 2005). "Estructura del ARN: lectura del ribosoma". Ciencia . 309 (5740): 1508–14. Código Bib : 2005 Ciencia... 309.1508N. doi : 10.1126/ciencia.1111771. PMID  16141058. S2CID  16577145.
  27. ^ Lee AJ, Crothers DM (agosto de 1998). "La estructura de la solución de un complejo bucle-bucle de ARN: la secuencia de bucle invertido ColE1". Estructura . 6 (8): 993–1005. doi : 10.1016/S0969-2126(98)00101-4 . PMID  9739090.
  28. ^ Ferré-D'Amaré AR, Zhou K, Doudna JA (octubre de 1998). "Estructura cristalina de una ribozima del virus de la hepatitis delta". Naturaleza . 395 (6702): 567–74. Código Bib :1998Natur.395..567F. doi :10.1038/26912. PMID  9783582. S2CID  4359811.
  29. ^ Rothemund PW (marzo de 2006). "Plegar ADN para crear formas y patrones a nanoescala" (PDF) . Naturaleza . 440 (7082): 297–302. Código Bib :2006Natur.440..297R. doi : 10.1038/naturaleza04586. PMID  16541064. S2CID  4316391.
  30. ^ Banerjee, Abhinav; Anand, Micky; Kalita, Simanta; Ganji, Mahipal (diciembre de 2023). "Análisis de una sola molécula de la energía del apilamiento de bases del ADN utilizando nanoestructuras de ADN modeladas". Nanotecnología de la naturaleza . 18 (12): 1474. doi :10.1038/s41565-023-01485-1. PMID  37591937. {{cite journal}}: Más de uno de |pages=y |page=especificado ( ayuda )
  31. ^ abcd PDB : 1GID ​; Cate JH, Gooding AR, Podell E, Zhou K, Golden BL, Kundrot CE, Cech TR, Doudna JA (septiembre de 1996). "Estructura cristalina de un dominio de ribozima del grupo I: principios de empaquetamiento de ARN". Ciencia . 273 (5282): 1678–85. Código Bib : 1996 Ciencia... 273.1678C. doi : 10.1126/ciencia.273.5282.1678. PMID  8781224. S2CID  38185676.; renderizado con PyMOL
  32. ^ Nakano M, Moody EM, Liang J, Bevilacqua PC (diciembre de 2002). "La selección de tetrabucles de ADN termodinámicamente estables mediante electroforesis en gel con gradiente de temperatura revela cuatro motivos: d (cGNNAg), d (cGNABg), d (cCNNGg) y d (gCNNGc)". Bioquímica . 41 (48): 14281–92. doi :10.1021/bi026479k. PMID  12450393.
  33. ^ Moore PB (1999). "Motivos estructurales en ARN". Año. Rev. Bioquímica . 68 (1): 287–300. doi : 10.1146/annurev.biochem.68.1.287. PMID  10872451.
  34. ^ Abramovitz DL, Pyle AM ​​(febrero de 1997). "Notable variabilidad morfológica de un motivo de plegamiento de ARN común: la interacción tetrabucle-receptor GNRA". J. Mol. Biol . 266 (3): 493–506. doi : 10.1006/jmbi.1996.0810 . PMID  9067606.
  35. ^ Moody EM, Feerrar JC, Bevilacqua PC (junio de 2004). "Evidencia de que el plegado de una horquilla de tetrabucle de ARN es menos cooperativo que su contraparte de ADN". Bioquímica . 43 (25): 7992–8. doi :10.1021/bi049350e. PMID  15209494.
  36. ^ Zhao Q, Huang HC, Nagaswamy U, Xia Y, Gao X, Fox GE (agosto de 2012). "Tetraloops UNAC: ¿hasta qué punto imitan los tetraloops GNRA?". Biopolímeros . 97 (8): 617–628. doi :10.1002/bip.22049. PMID  22605553.
  37. ^ Williams DH, Marcha MJ, Loakes D (2006). Ácidos nucleicos en química y biología . Cambridge, Reino Unido: RSC Pub. ISBN 0-85404-654-2.
  38. ^ ab Jaeger L, Michel F, Westhof E (marzo de 1994). "Participación de un tetraloop GNRA en interacciones terciarias de ARN de largo alcance". J. Mol. Biol . 236 (5): 1271–6. doi :10.1016/0022-2836(94)90055-8. PMID  7510342.
  39. ^ Michel F, Westhof E (diciembre de 1990). "Modelado de la arquitectura tridimensional de intrones catalíticos del grupo I basado en análisis de secuencia comparativo". J. Mol. Biol . 216 (3): 585–610. doi :10.1016/0022-2836(90)90386-Z. PMID  2258934.
  40. ^ abc PDB : 1FFK ​; Ban N, Nissen P, Hansen J, Moore PB, Steitz TA (agosto de 2000). "La estructura atómica completa de la subunidad ribosomal grande con una resolución de 2,4 A". Ciencia . 289 (5481): 905–20. Código bibliográfico : 2000Sci...289..905B. doi : 10.1126/ciencia.289.5481.905. PMID  10937989.; renderizado con PyMOL
  41. ^ Nissen P, Ippolito JA, Ban N, Moore PB, Steitz TA (abril de 2001). "Interacciones del ARN terciario en la subunidad ribosómica grande: el motivo A menor". Proc. Nacional. Acad. Ciencia. EE.UU . 98 (9): 4899–903. Código bibliográfico : 2001PNAS...98.4899N. doi : 10.1073/pnas.081082398 . PMC 33135 . PMID  11296253. 
  42. ^ Yoshizawa S, Fourmy D, Puglisi JD (septiembre de 1999). "Reconocimiento de la hélice codón-anticodón por ARN ribosómico". Ciencia . 285 (5434): 1722–5. doi : 10.1126/ciencia.285.5434.1722. PMID  10481006.
  43. ^ Bokov K, Steinberg SV (febrero de 2009). "Un modelo jerárquico para la evolución del ARN ribosómico 23S". Naturaleza . 457 (7232): 977–80. Código Bib :2009Natur.457..977B. doi : 10.1038/naturaleza07749. PMID  19225518. S2CID  4400869.
  44. ^ Batey RT, Rambo RP, Doudna JA (agosto de 1999). "Motivos terciarios en la estructura y plegamiento del ARN". Angélica. Química. En t. Ed. Inglés . 38 (16): 2326–2343. doi :10.1002/(SICI)1521-3773(19990816)38:16<2326::AID-ANIE2326>3.0.CO;2-3. PMID  10458781.
  45. ^ Tamura M, Holbrook SR (julio de 2002). "Secuencia y conservación estructural en cremalleras de ARN ribosa". J. Mol. Biol . 320 (3): 455–74. doi :10.1016/S0022-2836(02)00515-6. PMID  12096903.
  46. ^ AP : 3IGI ​; Toor N, Keating KS, Fedorova O, Rajashankar K, Wang J, Pyle AM ​​(enero de 2010). "Arquitectura terciaria del intrón del grupo II de Oceanobacillus iheyensis". ARN . 16 (1): 57–69. doi :10.1261/rna.1844010. PMC 2802037 . PMID  19952115. ; renderizado usando PyMOL.
  47. ^ AP : 1ZZN ​; Stahley MR, Strobel SA (septiembre de 2005). "Evidencia estructural de un mecanismo de empalme de intrones del grupo I de dos iones metálicos". Ciencia . 309 (5740): 1587–90. Código bibliográfico : 2005 Ciencia... 309.1587S. doi : 10.1126/ciencia.1114994. PMID  16141079. S2CID  40099718.; renderizado con PyMOL
  48. ^ Celander DW, Cech TR (enero de 1991). "Visualización del plegamiento de orden superior de una molécula de ARN catalítica". Ciencia . 251 (4992): 401–7. Código Bib : 1991 Ciencia... 251.. 401C. doi :10.1126/ciencia.1989074. PMID  1989074.
  49. ^ Pyle AM ​​(septiembre de 2002). "Iones metálicos en la estructura y función del ARN". J. Biol. Inorg. química . 7 (7–8): 679–90. doi :10.1007/s00775-002-0387-6. PMID  12203005. S2CID  42008484.
  50. ^ Mañana JR, Andolina CM (2012). "Capítulo 6. Investigaciones espectroscópicas de la unión de iones lantánidos a ácidos nucleicos". En Sigel A, Sigel H, Sigel RK (eds.). Interacción entre iones metálicos y ácidos nucleicos . Iones metálicos en ciencias biológicas. vol. 10. Saltador. págs. 171-197. doi :10.1007/978-94-007-2172-2_6. ISBN 978-94-007-2171-5. PMID  22210339.
  51. ^ Cate JH, Doudna JA (octubre de 1996). "Sitios de unión de metales en el surco principal de un dominio de ribozima grande". Estructura . 4 (10): 1221–9. doi : 10.1016/S0969-2126(96)00129-3 . PMID  8939748.
  52. ^ Kieft JS, Tinoco I (mayo de 1997). "Estructura de la solución de un sitio de unión a metal en el surco principal del ARN formando complejo con cobalto (III) hexamina". Estructura . 5 (5): 713–21. doi : 10.1016/S0969-2126(97)00225-6 . PMID  9195889.
  53. ^ Rüdisser S, Tinoco I (febrero de 2000). "Estructura de la solución de cobalto (III) hexamina complejada con el tetrabucle GAAA y unión de iones metálicos a desajustes G · A". J. Mol. Biol . 295 (5): 1211–23. doi :10.1006/jmbi.1999.3421. PMID  10653698.
  54. ^ Burkhardt C, Zacharias M (octubre de 2001). "Modelado de la unión de iones a motivos de plataforma AA en ARN: un estudio continuo de disolventes que incluye la adaptación conformacional". Ácidos nucleicos Res . 29 (19): 3910–8. doi :10.1093/nar/29.19.3910. PMC 60250 . PMID  11574672. 
  55. ^ Panyutin IG, Biswas I, Hsieh P (abril de 1995). "Un papel fundamental para la estructura de la unión Holliday en la migración de ramas del ADN". La Revista EMBO . 14 (8): 1819–26. doi :10.1002/j.1460-2075.1995.tb07170.x. PMC 398275 . PMID  7737132. 
  56. ^ Fu TJ, Seeman NC (abril de 1993). "Moléculas de ADN de doble cruce". Bioquímica . 32 (13): 3211–20. doi :10.1021/bi00064a003. PMID  8461289.
  57. ^ Watson JD, Crick FH (abril de 1953). "Estructura molecular de los ácidos nucleicos; una estructura para el ácido nucleico desoxirribosa" (PDF) . Naturaleza . 171 (4356): 737–738. Código Bib :1953Natur.171..737W. doi :10.1038/171737a0. PMID  13054692. S2CID  4253007.
  58. ^ Holley, RW, Apgar, J, Everett, GA, Madison, JT, Marguisse, M, Merrill, SH, Penwick, JR, Zamir (marzo de 1965). "Estructura de un ácido ribonucleico". Ciencia . 147 (3664): 1462–5. Código bibliográfico : 1965 Ciencia... 147.1462H. doi : 10.1126/ciencia.147.3664.1462. PMID  14263761. S2CID  40989800.{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  59. ^ Kim SH, Quigley G, Suddath FL, Rich A (abril de 1971). "Patrones de difracción de rayos X de alta resolución de ARN de transferencia cristalino que muestran regiones helicoidales". Proc. Nacional. Acad. Ciencia. EE.UU . 68 (4): 841–5. doi : 10.1073/pnas.68.4.841 . PMC 389056 . PMID  5279525. 
  60. ^ Shen LX, Cai Z, Tinoco I (agosto de 1995). "Estructura del ARN en alta resolución". FASEB J. 9 (11): 1023–33. doi : 10.1096/fasebj.9.11.7544309 . PMID  7544309. S2CID  40621440.
  61. ^ Cech TR, Zaug AJ, Grabowski PJ (diciembre de 1981). "Empalme in vitro del precursor del ARN ribosómico de Tetrahymena: implicación de un nucleótido de guanosina en la escisión de la secuencia intermedia". Celúla . 27 (3 puntos 2): 487–96. doi :10.1016/0092-8674(81)90390-1. PMID  6101203. S2CID  17674600.
  62. ^ Stark BC, Kole R, Bowman EJ, Altman S (agosto de 1978). "Ribonucleasa P: una enzima con un componente esencial de ARN". Proc. Nacional. Acad. Ciencia. EE.UU . 75 (8): 3717–21. Código bibliográfico : 1978PNAS...75.3717S. doi : 10.1073/pnas.75.8.3717 . PMC 392857 . PMID  358197. 
  63. ^ Prody GA, Bakos JT, Buzayan JM, Schneider IR, Bruening G (marzo de 1986). "Procesamiento autolítico de ARN satélite de virus vegetales diméricos". Ciencia . 231 (4745): 1577-1580. Código bibliográfico : 1986 Ciencia... 231.1577P. doi : 10.1126/ciencia.231.4745.1577. PMID  17833317. S2CID  21563490.
  64. ^ Pley HW, Flaherty KM, McKay DB (noviembre de 1994). "Estructura tridimensional de una ribozima de cabeza de martillo". Naturaleza . 372 (6501): 68–74. Código Bib :1994Natur.372...68P. doi :10.1038/372068a0. PMID  7969422. S2CID  4333072.