El degradosoma es un complejo multiproteico presente en la mayoría de las bacterias que participa en el procesamiento del ARN ribosómico y la degradación del ARN mensajero y está regulado por ARN no codificante . Contiene las proteínas ARN helicasa B , ARNasa E y polinucleótido fosforilasa . [1]
El almacenamiento de ARN celular en las células fluctúa constantemente. Por ejemplo, en Escherichia coli , la esperanza de vida del ARN mensajero es de entre 2 y 25 minutos, en otras bacterias podría durar más. Incluso en las células en reposo, el ARN se degrada en un estado estable, y los productos nucleotídicos de este proceso se reutilizan posteriormente para rondas frescas de síntesis de ácidos nucleicos . La renovación de ARN es muy importante para la regulación de genes y el control de calidad.
Todos los organismos tienen varias herramientas para la degradación del ARN, por ejemplo, ribonucleasas, helicasas, nucleotidiltransferasas del extremo 3 ' (que añaden colas a las transcripciones), enzimas de remate y desencadenamiento del extremo 5' y una variedad de proteínas de unión al ARN que ayudan a modelar el ARN para su presentación como sustrato o para el reconocimiento. Con frecuencia, estas proteínas se asocian en complejos estables en los que sus actividades son coordinadas o cooperativas. Muchas de estas proteínas del metabolismo del ARN están representadas en los componentes del degradosoma de ARN multienzimático de Escherichia coli , que está constituido por cuatro componentes básicos: la endo-ribonucleasa hidrolítica ARNasa E , la exo-ribonucleasa fosforolítica PNPasa , el ARN dependiente de ATP helicasa (RhIB) y una enzima glucolítica enolasa .
El degradosoma de ARN fue descubierto en dos laboratorios diferentes mientras se trabajaba en la purificación y caracterización de E. coli , la ARNasa E y los factores que podrían influir en la actividad de las enzimas degradantes del ARN, en concreto, la PNPasa. Se encontró mientras se estudiaban dos de sus compuestos principales.
Estructura
La composición de esta multienzima puede variar según el organismo. El degradosoma de ARN complejo multiproteico en E. coli consta de 4 componentes canónicos:
- ARNasa E : una endo-ribonucleasa hidrolítica grande que se puede dividir en la mitad N-terminal de la ARNasa E, que contiene el dominio catalítico y es el lugar donde reside la actividad nucleótica; y la mitad C-terminal, que es una proteína no estructurada de cadena grande sin una función conocida que proporciona el armazón necesario para ensamblar el degradosoma. Esta región es muy flexible, lo que facilita la interacción de los componentes del degradosoma. En E. coli , la RNasa E se encuentra en la membrana citoplasmática y puede observarse mediante microscopía de fluorescencia. [2] Su estructura está conformada por 1061 aminoácidos y tiene una masa molecular de 118 kDa.
- PNPasa : una exo-ribonucleasa fosforolítica que degrada el ARN. Su cadena tiene 421 aminoácidos y su masa molecular es de 47 kDa.
- Enolasa : enzima glucolítica enolasa formada por 432 aminoácidos, por lo que su masa molecular es de 46 kDa.
- ARN helicasa (Rh1B): una gran familia de enzimas, este tipo tiene 711 aminoácidos y pesa 77 kDa. [3] La identificación de esta proteína DEAD-box (este tipo de proteínas están involucradas en varios procesos metabólicos que generalmente implican ARN) en el degradosoma de E. coli fue uno de los primeros indicadores de que las ARN helicasas posiblemente podrían participar en la degradación. de ARNm.
Se han informado algunas formas alternativas del degradosoma de ARN con diferentes proteínas . Los componentes suplementarios del degradosoma alternativo son PcnB ( poli A polimerasa ) y las helicasas de ARN RhlE y SrmB . Otros componentes alternativos durante el choque frío incluyen ARN helicasa CsdA . Los componentes del degradosoma alternativos adicionales durante la fase estacionaria incluyen Rnr ( RNasa R ) y el ARN putativo helicasa HrpA . Ppk ( polifosfato quinasa ) es otro componente que se ha informado que forma parte del complejo, al igual que el ARN chaperona Hfq, PAP ( ácido fosfatasa prostático ), otros tipos de chaperonas y proteínas ribosómicas . Estos se han encontrado en preparaciones de degradosomas extraídas de células de E. coli . [4]
La estructura del degradosoma de ARN no es tan rígida como parece en la imagen porque este es solo un modelo para entender cómo funciona. La estructura del degradosoma de ARN es dinámica y cada componente interactúa con los componentes que están cerca de él. Entonces, la estructura es como un dominio molecular donde el ARN puede interactuar como sustrato con cada uno de los componentes y cuando esto sucede, es realmente difícil para el ARN escapar del complejo. [3]
Funciones
El degradosoma de ARN es una gran asociación de múltiples enzimas que participa en el metabolismo del ARN y el control postranscripcional de la expresión génica en numerosas bacterias como Escherichia coli y Pseudoalteromonas haloplanktis . El complejo de múltiples proteínas también sirve como una máquina para procesar precursores de ARN estructurado en el curso de su maduración. [5] [6]
Se considera que la helicasa de ARN ayuda en el proceso de degradación para desarrollar la estructura de doble hélice en los bucles de tallo de ARN. Ocasionalmente, se aprecia la copurificación de rRNA con degradosoma, lo que sugiere que el complejo puede participar en la degradación de rRNA y mRNA. Hay muy poca información clara sobre el papel del degradosoma. Al observar los pasos de la degradación de una transcripción en E. coli , lo que se sabe es que, en primer lugar, las endoribonucleasas pueden escindir los sustratos para que luego las exoribonucleasas puedan actuar sobre los productos. El RhIB tiene muy poca actividad por sí mismo, pero la interacción con la ARNasa E puede estimularlo. [7] El papel de la enolasa en el proceso de degradación del ARN aún no se describe adecuadamente, aparentemente ayuda al complejo a ser más específico durante el proceso de degradación. [8] [9]
Un aspecto particularmente intrigante del degradosoma de ARN bacteriano es la presencia de enzimas metabólicas en muchos de los complejos estudiados. Además de la enzima enolasa presente en el degradosoma de E. coli , se han identificado las enzimas metabólicas aconitasa y fosfofructoquinasa en los degradosomas de C. crescentus y B. subtilis, respectivamente. [10] [11] La razón de la presencia de estas enzimas no está clara actualmente.
Activación de degradosomas
Este complejo de múltiples proteínas es estimulado por un ARN no codificante , llamado miARN en las células eucariotas y ARNc en las bacterias . Por lo general, se utilizan pequeñas secuencias de aminoácidos para apuntar al ARNm para su destrucción. A partir de aquí, hay dos formas de hacerlo: dirigirse a la región de inicio de la traducción (TIR) o codificar la secuencia de ADN (CDS). En primer lugar, para unir ARNs al ARNm dirigido, se necesita una Hfq ( proteína chaperona ). Una vez que se realiza la unión, si el complejo Hfq-sRna termina en TIR, bloquea el sitio de unión al ribosoma (RBS) para que los ribosomas no puedan traducirse y activa las nucleasas (RNasa E) para eliminar el ARNm. Otra posibilidad es terminar en otra región, que hace que el complejo funcione como punto final de la traducción. De esta forma, los ribosomas pueden hacer su trabajo de decodificación, proceso que se detiene cuando llegan al complejo, donde se enciende todo el procedimiento de destrucción. [5]
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/0/06/RNA%27s_Degradation_Process.png/333px-RNA%27s_Degradation_Process.png)
Degradación del ARN
El proceso de destrucción del ARN es muy complicado. Para que sea más fácil de entender, usamos como ejemplo el procedimiento de degradación del ARNm en Escherichia coli porque es el proceso más conocido. Está mediada principalmente por endonucleasas y ribonucleasas. Las enzimas RNasa II y PNPasa (polinucleótido fosforilasa) degradan el ARNm de forma 3 '→ 5'. El degradosoma tiene 4 compartimentos que tienen varias ribonucleasas . Inicialmente, el ARN sintetizado es una estructura de polifosfato. Por eso es necesaria la desfosforilación , para obtener monofosfato por acción de una ARN pirofosfohidrolasa PppH. Las transcripciones tienen dos partes: el terminal de fosfato (terminal P) y una estructura de tallo-bucle como final. El P-terminal es escindido endoribonucleolíticamente por RNasa E, mientras que el tallo-bucle es digerido por ARN helicasas. Si hay estructuras secundarias, se necesita el rendimiento de la polimerasa PAP para simplificar la reducción por exoribonucleasas como PNPasa. Finalmente, los desechos son procesados por oligoribonucleasas.
El proceso es análogo en otras especies y solo cambia en la maquinaria enzimática. Por ejemplo, bacillus subtilis en lugar de usar RNase E como endo-ribonucleasa, usa RNase Y o RNase J o en las arqueas se usa un exosoma (vesícula) para este trabajo. [5]
Evolución
El degradosoma, de conformación dinámica, de composición variable y no esencial en determinadas condiciones de laboratorio, se ha mantenido sin embargo a lo largo de la evolución de muchas especies bacterianas ( Archaea , Eukaryote , Escherichia coli , Mitochondria , etc.), debido muy probablemente a sus diversas contribuciones en la regulación celular global. Se ha demostrado experimentalmente que la presencia de degradosoma es un beneficio selectivo para E. coli . [5]
Se ha pensado que las estructuras de tipo degradosoma forman parte de muchos γ-proteobactria y, de hecho, se han encontrado en otros linajes bacterianos remotos. Se basan en RNasa E. Sin embargo, la composición de estos conjuntos de tipo degradosoma no siempre es la misma, puede ser diferente en algunos componentes proteicos.
El degradosoma de ARN de E. coli
Los seres humanos y otros animales tienen E. coli como comensal en su tracto intestinal. Es uno de los organismos más estudiados en los laboratorios y ha sido un modelo útil para comprender la regulación genética en bacterias y otros dominios de la vida. El degradosoma de ARN de E. coli es una estructura que desempeña diversas funciones en el metabolismo del ARN. Comparte componentes homólogos y analogía funcional con ensamblajes similares que se encuentran en todos los dominios de la vida. Uno de sus componentes es un motor dependiente de ATP que se activa a través de interacciones proteína-proteína y coopera con las ribonucleasas en un modo de degradación del ARN dependiente de la energía. [5]
E. coli no tiene una ruta de degradación 5 '→ 3'. Su ARNm no tiene extremos cubiertos en 5 'y no se conocen exonucleasas 5' → 3 '. Lo mismo sucede con otras eubacterias, por lo que la vía de degradación 5 '→ 3' podría ser un tratamiento exclusivo de las células eucariotas. [7]
Ver también
- Complejo de exosomas
- Proteasoma
Referencias
- ^ Carpousis AJ (abril de 2002). "El degradosoma de ARN de Escherichia coli: estructura, función y relación en otros complejos ribonucleolíticos multienzimáticos". Transacciones de la sociedad bioquímica . 30 (2): 150–5. doi : 10.1042 / BST0300150 . PMID 12035760 .
- ^ Bandyra KJ, Bouvier M, Carpousis AJ, Luisi BF (junio de 2013). "El tejido social del degradosoma de ARN" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Mecanismos reguladores de genes . 1829 (6–7): 514–22. doi : 10.1016 / j.bbagrm.2013.02.011 . PMC 3991390 . PMID 23459248 .
- ^ a b Carpousis AJ (26 de septiembre de 2007). "El degradosoma de ARN de Escherichia coli: una máquina de degradación de ARNm ensamblada sobre ARNasa E". Revisión anual de microbiología . 61 (1): 71–87. doi : 10.1146 / annurev.micro.61.080706.093440 . PMID 17447862 .
- ^ EcoGene. "EcoGene" . www.ecogene.org . Archivado desde el original el 20 de octubre de 2016 . Consultado el 19 de octubre de 2016 .
- ^ a b c d e Górna MW, Carpousis AJ, Luisi BF (mayo de 2012). "Del caos conformacional a la regulación robusta: la estructura y función del degradosoma de ARN multienzimático". Reseñas trimestrales de biofísica . 45 (2): 105–45. doi : 10.1017 / S003358351100014X . PMID 22169164 .
- ^ Aït-Bara S, Carpousis AJ (octubre de 2010). "Caracterización del degradosoma de ARN de Pseudoalteromonas haloplanktis: conservación de la interacción RNasa E-RhlB en las gammaproteobacterias" . Revista de bacteriología . 192 (20): 5413–23. doi : 10.1128 / JB.00592-10 . PMC 2950506 . PMID 20729366 .
- ^ a b Carpousis, AJ (2002). "El degradosoma de ARN de Escherichia coli: estructura, función y relación con otros complejos ribonucleolíticos multienyzme". Transacciones de la sociedad bioquímica . 30 (2): 150-155. doi : 10.1042 / 0300-5127: 0300150 .
- ^ Brown T (30 de junio de 2008). Genomas / Genome (en español). Ed. Médica Panamericana. ISBN 9789500614481.
- ^ García-Mena J. "Polinucleótido fosforilasa: una joya de las ribonucleasas" . ResearchGate . Consultado el 18 de octubre de 2016 .
- ^ Hardwick SW, Chan VS, Broadhurst RW, Luisi BF (marzo de 2011). "Un conjunto de degradosomas de ARN en Caulobacter crescentus" . Investigación de ácidos nucleicos . 39 (4): 1449–59. doi : 10.1093 / nar / gkq928 . PMC 3045602 . PMID 20952404 .
- ^ Cho KH (2017). "La estructura y función del degradosoma de ARN bacteriano grampositivo" . Fronteras en microbiología . 8 : 154. doi : 10.3389 / fmicb.2017.00154 . PMC 5289998 . PMID 28217125 .