El complejo de descascarado de ARNm es un complejo de proteínas en las células eucariotas responsable de la eliminación de la tapa 5 ' . [1] La enzima activa del complejo de desintegración es la enzima bilobulada Dcp2 de la familia Nudix , que hidroliza la capa 5 ' y libera 7mGDP y un ARNm 5'-monofosforilado. [1] Este ARNm decapitado se inhibe para la traducción y será degradado por exonucleasas . [2] El complejo de desintegración del núcleo se conserva en eucariotas. Dcp2 se activa por la proteína de decantación 1 (Dcp1) y en eucariotas superiores unidos por la proteína de andamio VCS. [3]Junto con muchas otras proteínas accesorias, el complejo de desintegración se ensambla en cuerpos P en el citoplasma .
Propósito del complejo de descascarado
El ARNm debe degradarse o, de lo contrario, seguirá flotando alrededor de la célula y creará proteínas no deseadas al azar. La tapa 5 'del ARNm está diseñada específicamente para evitar que el ARNm se degrade antes de que pueda usarse, por lo que debe eliminarse para que la vía de desintegración del ARNm pueda solucionarlo. [4]
Mecanismo de destape
Dcp2 es la proteína que en realidad descompone el ARNm, y el resto de proteínas del complejo mejoran su función y le permiten hidrolizar el enlace químico que une el ARNm a la capa 5 ' . [5] El dominio Nudix en Dcp2 hidroliza uno de los enlaces en el puente trifosfato que une el ARNm y la tapa 5 ' , lo que hace que la tapa de 7-metilguanosina se desprenda y deje el ARNm abierto a la degradación por las exonucleasas en la célula . [4]
Estructura del complejo de descascarado
Tanto los organismos unicelulares como los multicelulares necesitan decapitar su ARNm para deshacerse de él, pero diferentes organismos tienen proteínas ligeramente diferentes que llevan a cabo este proceso. Hay muchas proteínas que permanecen iguales, pero hay varias diferencias clave entre los complejos de desintegración unicelulares ( levadura ) y multicelulares ( metazoos ). [5]
Complejo de descascarado de levadura
En la levadura ( S. cerevisiae ), Dcp2 es ensamblado por el decapping activador DCP1, la helicasa DHH1, la exonucleasa Xrn1, mediada la decadencia disparate factores de Upf1, Upf2, y Upf3, la LSm complejo, Pat1, y varias otras proteínas. Estas proteínas todo localize a las estructuras citoplasmáticas llamados P-cuerpos . En particular, en la levadura no hay factores de traducción ni proteínas ribosómicas dentro de los cuerpos P. [6]
Complejo de desintegración de metazoos
Los eucariotas superiores tienen miembros ligeramente diferentes del complejo de desintegración. La enzima Dcp2 sigue siendo la subunidad catalítica que forma una holoenzima con Dcp1 e interactúa con proteínas auxiliares como Xrn1 , Upf1 , Upf2 , Upf3 , el complejo LSm y el ortólogo Dhh1 DDX6 . [5] [7] [8] Las proteínas exclusivas de plantas y mamíferos incluyen la proteína de hélice beta Hedls y el potenciador de la eliminación de Edc3. [9] Los investigadores saben cómo el complejo se asocia físicamente debido a la inmunoprecipitación , mientras que los detalles estructurales de cada parte del complejo se han descubierto mediante el uso de cristalografía de rayos X junto con la cristalización de proteínas . Cada una de estas proteínas contribuye de manera diferente al complejo de descascarado, como se explica a continuación.
Dcp2
Dcp2 , como el principal catalizador del proceso de desencadenamiento, se basa en un patrón específico de aminoácidos llamado dominio nudix para alinearse con el límite 5 ' para hidrolizarlo . [5] Un dominio nudix se crea empaquetando dos hojas beta entre múltiples hélices alfa , puede tener varias longitudes y tamaños, y generalmente las proteínas lo utilizan para llevar a cabo la desfosforilación , eliminando un fosfato insertando una molécula de agua en el enlace entre el fosfato y el resto de la molécula. [10] En el caso de Dcp2, contiene múltiples cadenas laterales de ácido glutámico que están cargadas negativamente en condiciones celulares normales, y estas son las que permiten que la proteína manipule las moléculas de agua para hidrolizar el puente trifosfato que conecta el extremo 5 'de el ARNm al casquete de 7-metilguanosina . [5] Por lo tanto, el dominio nudix es lo que permite que Dcp2 elimine la tapa 5 ', lo que da como resultado la creación de 7mGDP, una 7-metilguanosina con dos grupos fosfato unidos y una cadena de ARNm monofosforilado.
Antes del dominio nudix hay un dominio regulador N-terminal (NRD), que además ayuda a hidrolizar la capa de ARNm 5 '. Después del dominio nudix hay un área C-terminal llamada Caja B, que ayuda a unir Dcp2 al ARN. [5] Con estos tres motivos principales, Dcp2 es capaz de encontrar, unirse firmemente e hidrolizar una capa de ARNm 5 '. Lo hace reconociendo un bucle en horquilla en el ARN dentro de los 10 pares de bases de la tapa, que se denomina elemento de unión y desencadenamiento de Dcp2, o mediante una proteína separada que reconoce un patrón de pares de bases en el ARNm y recluta directamente el Dcp2-Dcp1 holoenzima. [8] Desafortunadamente, Dcp2 funciona lentamente y necesita algunas otras proteínas para coordinarse con él para que pueda decapar el ARNm de manera oportuna.
Dcp1
Dcp1 es una subunidad reguladora, se combina con Dcp2, creando una holoenzima que puede decapitar correctamente el ARNm. [11] Sin Dcp1, en realidad es imposible que Dcp2 pueda decapar nada in vivo , y solo funciona increíblemente lento in vitro , lo que hace que la formación de esta holoenzima sea un proceso esencial en el decapitado. [5]
La estructura secundaria de Dcp1 consta de siete hojas beta y tres hélices alfa . que se unen para formar una forma de V estructura terciaria . Las características definitorias de Dcp1 son el dominio EVH1 y un dominio que reconoce secuencias ricas en prolina (PRS) en otras proteínas. El dominio EVH1 interactúa directamente con el NRD de Dcp2 mencionado anteriormente, y actualmente se cree que ayuda directamente con el desencadenamiento del ARNm, aunque no está claro cómo lo hace. El dominio que reconoce PRS está compuesto principalmente de aminoácidos hidrófobos y se encuentra dentro de la hendidura de la "V" de la estructura Dcp1. Se utiliza para unirse a otras proteínas en el complejo de descascarado de Dcp1. [11]
PNRC2
PNRC2 se adhiere ay mejora el efecto de Dcp1 para estimular el desencapsulado, y también recluta Upf1 para el complejo de desencadenamiento . Posee una secuencia rica en prolina que es hidrófoba y se adhiere fuertemente a la hendidura igualmente hidrófoba en Dcp1, por lo que Dcp1 se une a la región rica en prolina de PNRC2 , que luego mejora la función de Dcp2 aún más. La investigación actual sugiere que PNRC2 ayuda a asociar Dcp2 y Dcp1, lo que hace que la holoenzima Dcp2-Dcp1 sea más estable y, por lo tanto, aumenta la efectividad de Dcp2, pero los detalles exactos sobre cómo lo hace son vagos. [12] El reclutamiento de Upf1 permite que el complejo de desencadenamiento participe en la desintegración del ARNm mediada sin sentido , lo que convierte al PNRC2 en una forma para que Dcp2 se conecte con la vía reguladora encargada de destruir el ARNm transcrito incorrectamente . [13]
Upf1-3
Upf1 , Upf2 y Upf3 son proteínas involucradas en la vía reguladora de la desintegración del ARNm mediada sin sentido , y no en la desintegración real del ARNm. Solo Upf1 se adhiere directamente al complejo de desencadenamiento, mientras que Upf2 y Upf3 se adhieren al ARNm y luego se adhieren a Upf1 para facilitar la destrucción del ARNm incorrecto. Estos son activadores del complejo, ya que pueden dirigir el complejo hacia el ARNm formado incorrectamente, pero en realidad no ayudan a desintegrar el ARNm. [8]
DDX6
DDX6 , un ortólogo de Dhh1, también mejora la eficacia de la holoenzima Dcp2-Dcp1 mientras hidroliza la capa 5 '. [14] Se propone que, dado que es una helicasa , participa en la reconfiguración del extremo 5 ' del ARNm para que Dcp2 acceda más fácilmente al límite 5', y que estimula a Dcp1 para que interactúe mejor con Dcp2 cuando unido al resto del complejo de descortezamiento. [15]
Edc3
Edc3 activa aún más la holoenzima Dcp2-Dcp1 y le permite decapitar rápidamente el ARNm. Posee un dominio LSm en su extremo N-terminal , que interactúa con motivos de aminoácidos específicos llamados fragmentos HLM que se encuentran en el extremo C terminal de Dcp1 y permite que Edc3 se una a él. Otra parte importante de esta proteína es el enlazador FDF, que es un tramo largo y no estructurado de aminoácidos que se une con DDX6 y evita que se una directamente al ARNm, lo que le permite interactuar con las proteínas en el complejo de desencadenamiento. El dominio final a destacar es un dominio terminal C de Yjef-N que se dimeriza con ARNm y ayuda a crear cuerpos P alrededor de la ubicación del complejo de desencadenamiento. [5]
Los cuerpos P son esencialmente agrupaciones almacenadas de ARNm decapitado o reprimido mezclado con factores de degradación de ARNm, como el complejo de decaptación y la maquinaria de descomposición del ARNm mediada sin sentido, por lo que son importantes para la destrucción final del ARNm alterado por Dcp2. [16] A medida que Edc3 crea cuerpos P alrededor del complejo de desencadenamiento, se vuelve más fácil para Dcp2 encontrar tapas 5 'de ARNm para hidrolizar, aumentando la efectividad de todo el complejo. [17]
Pat1
Pat1 es otra proteína que aumenta la eficiencia del complejo de descascarado. [17] Tiene tres dominios principales. Uno es necesario para desencajar el ARNm y ayuda directamente a la holoenzima Dcp2-Dcp1 a hacerlo. Los otros dos facilitan que la proteína separe el ARNm, pero no están directamente involucrados en la hidrólisis del enlace fosfato. [16] Pat1 tiene muchas interacciones con las diversas proteínas en el complejo de descascarado, y se la conoce como la 'proteína de andamiaje' porque reúne todo cuando llega el momento de descascarar algo. El dominio N-terminal interactúa con DXX6 y lo acerca para que pueda activar Dcp1, otra porción ayuda a crear cuerpos P junto con Edc3, y los dominios C-terminal unen Dcp1 – Dcp2, el complejo Lsm1–7 y Xrn1 al complejo . [5] [18]
Xrn1
Xrn1 es una exonucleasa de 5 'a 3' que degrada el ARNm recién decapitado. Se dirige al extremo 5 'monofosfato del ARNm, que es lo que queda cuando Dcp2 ha hidrolizado la tapa y quitado la tapa de 7-metilguanosina , junto con dos de los tres fosfatos que unen la tapa al ARNm. La teoría actual es que la estructura de Xrn1 no permite que un ARNm bloqueado interactúe con él porque el Xrn1 está estructurado de tal manera que existe un impedimento estérico que bloquea físicamente la interacción de la proteína con cualquier ARNm que Dcp2 no haya decapitado. [7]
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