Un complejo de unión de exones ( EJC ) es un complejo de proteínas que se forma en una hebra de ARN pre-mensajero en la unión de dos exones que se han unido durante el empalme del ARN . El EJC tiene una gran influencia en la traducción , vigilancia y localización del ARNm empalmado . [1] Primero se deposita en el ARNm durante el empalme y luego se transporta al citoplasma.. Allí juega un papel importante en la regulación postranscripcional del ARNm. Se cree que los complejos de unión de exón proporcionan una memoria específica de la posición del evento de empalme. El EJC consiste en un núcleo de heterotetrámero estable, que sirve como plataforma de unión para otros factores necesarios para la vía del ARNm. [1] El núcleo del EJC contiene la proteína eucariota factor de iniciación 4A-III ( eIF4A-III ; una ARN helicasa DEAD-box ) unida a un análogo de adenosina trifosfato ( ATP ), así como las proteínas adicionales Magoh e Y14 . [2] La unión de estas proteínas a dominios moteados nucleares se ha medido recientemente y puede estar regulada por vías de señalización PI3K / AKT / mTOR . [3] Para que se produzca la unión del complejo al ARNm, se inhibe el factor eIF4AIII, deteniendo la hidrólisis del ATP. [2] Esto reconoce a EJC como un complejo dependiente de ATP. EJC también interactúa con una gran cantidad de proteínas adicionales; más notablemente proteínas SR. [4] Se sugiere que estas interacciones son importantes para la compactación del ARNm. [4] El papel de EJC en la exportación de ARNm es controvertido.
Componentes proteicos
El EJC está formado por varios componentes proteicos clave: RNPS1 , Y14, SRm160 , Aly / REF y Magoh, entre otros. [5] [6] [7] RNPS1 puede funcionar como un coactivador del empalme, pero junto con Y14, también participa en el proceso de desintegración mediada por tonterías en eucariotas. [8] [9] SRm160 es otro coactivador que se ha propuesto para mejorar el procesamiento del extremo 3 'del ARNm. [10] [11] Se cree que el componente proteico Magoh facilita la localización subcitoplasmática de los ARNm, mientras que Aly se dedica a la exportación de ARNm nuclear. [12] [13] [14] Se cree que Aly es reclutada en el complejo de unión del exón por la proteína UAP56 . [15] UAP56 se reconoce como una helicasa de ARN pero actúa como un factor de corte y empalme necesario para el ensamblaje temprano. [16] Otro factor involucrado en la vía EJC es DEK . Se sabe que este componente participa en una variedad de funciones que van desde el empalme hasta la regulación transcripcional y la estructura de la cromatina . [17] [18] [19]
Estructura
La cristalización del complejo de unión del exón ha revelado la organización estructural de sus componentes proteicos. El núcleo del complejo se alarga con una dimensión total de 99 Å por 67 Å por 54 Å. [20] Está organizado en torno al factor eIF4AIII. El factor en sí consta de dos tipos diferentes de conformaciones alrededor del ARNm: cerrado y abierto. En un estado cerrado, los dos dominios de eIF4AIII forman sitios de unión compuestos para el 5'-adenilil-β, γ-imidodifosfato (ADPNP) y el ARNm. [20] En la conformación abierta, los dos dominios se giran 160 grados con respecto al estado cerrado18. Los componentes proteicos Magoh e Y14 se unen para formar un heterodímero ubicado en el polo 5 'del EJC. [21] [22] [23] Magoh se une a un dominio eIF4AIII a través de interacciones entre los residuos de sus dos hélices C-terminales y un extremo de una hoja β grande . [20] Los residuos conservados en el enlazador entre los dos dominios eIF4AIII forman puentes salinos o puentes de hidrógeno con residuos específicos en Magoh. [20] Se producen otros enlaces entre el segundo bucle de la hoja β de Magoh y los dos dominios eIF4AIII y su enlazador. [20] Sólo se forma un enlace parcial simple entre Y14 y eIF4AIII. Este consiste en un puente salino entre los residuos conservados Y14 Arg108 y eIF4AIII Asp401 . [20] Si ocurrieran mutaciones en ambos residuos, la asociación de Magoh-Y14 con EJC sería inexistente. [24]
Mecanismo
Durante el segundo paso de empalme en células eucariotas, el EJC se deposita aproximadamente 20-24 nucleótidos desde el extremo 5 'corriente arriba de la unión de empalme (donde se unen dos exones), cuando se ha formado el lazo y los exones están ligados. [25] [26] La unión de la EJC al ARNm se produce de manera independiente de la secuencia, para formar la ribonucleoproteína mensajera madura (mRNP). [27] El EJC permanece unido de forma estable a este mRNP a medida que se exporta fuera del núcleo y al citoplasma. Los componentes proteicos se unen al EJC o los libera a medida que se transporta. Para que se produzca la translocación de los ARNm a través del complejo de poro nuclear, un heterodímero que consta de NXF1 / TAP y NXT1 / p15 debe unirse a las transcripciones. [28] NXF1 / TAP es un receptor importante para la exportación de ARNm al citoplasma. Esto se debe a que interactúa tanto con las proteínas adaptadoras de unión al ARN como con los componentes del complejo de poros nucleares . [29]
El reconocimiento de un codón de terminación prematuro ocurre durante la traducción en el citoplasma. La imagen que se muestra a continuación implica que este evento es nuclear, contrariamente a la visión general en este campo. Los lectores deben saber que la traducción en el núcleo es un tema muy controvertido que no está bien respaldado por datos.
En la descomposición mediada sin sentido
Los complejos de unión de exón juegan un papel importante en la vigilancia del ARNm . Más específicamente, se encuentran en la ruta de desintegración mediada sin sentido (NMD), en la que se degradan las transcripciones de ARNm con codones de parada prematuros. En la traducción normal de ARNm, el ribosoma se une al transcrito y comienza el alargamiento de la cadena de aminoácidos . Continúa hasta que alcanza la ubicación del complejo de unión del exón, que luego desplaza. A continuación, la traducción se completa cuando el ribosoma alcanza un codón de terminación . En NMD, la transcripción de ARNm contiene un codón de terminación prematura (PTC) debido a una mutación sin sentido . Si este codón ocurre antes del sitio EJC, el EJC permanecerá unido, lo que desencadenará la descomposición del ARNm . [30] El EJC y su posición sirven como un tipo de regulador, determinando si la transcripción es defectuosa o no.
También se sabe que los EJC participan en NMD de otra manera; el reclutamiento de los factores de vigilancia UPF1 , UPF2 y UPF3 . [31] Estas proteínas son los componentes más importantes del mecanismo NMD. La proteína EJC MAGOH, Y14 y eIF4AIII proporcionan una unión para UPF3, que actúa como un puente entre UPF2 y UPF1 formando un complejo trimérico. [32] Dentro de este complejo, UPF2 y UPF3 actúan de manera cooperativa para promover la ATPasa y la ARN helicasa de UPF1. [32] El núcleo de EJC ancla de manera estable el complejo UPF al ARNm y ayuda en la regulación de la proteína UPF1 esencial. [32] Los ribosomas que están estancados en un PTC reclutan UPF1 a través de interacciones con el factor de liberación eRF1 y eRF3 . [32] Junto con la proteína SMG1 , eRF1, eRF3 y UPF1 forman el complejo SURF. Este complejo forma un puente entre el ribosoma y el EJC aguas abajo que está asociado con UPF3 y UPF2. [32] Esta interacción desencadena la fosforilación de UPF1 por SMG1, provocando la disociación de eRF1 y eRF3. [32] El complejo producido consta de EJC, UPF3, UPF2, UPF1 fosforilado y SMG1 y, a su vez, desencadena la degradación del ARNm. [32]
notas y referencias
- ^ a b Tange, TØ; Nott, A; Moore, MJ (junio de 2004). "Las complejidades cada vez mayores del complejo de unión del exón". Opinión actual en biología celular . 16 (3): 279–84. doi : 10.1016 / j.ceb.2004.03.012 . PMID 15145352 .
- ^ a b Ballut L, Marchadier B, Baguet A, Tomasetto C, Séraphin B, Le Hir H (2005). "El complejo del núcleo de la unión del exón se bloquea en el ARN mediante la inhibición de la actividad de eIF4AIII ATPasa". Nat. Struct. Mol. Biol . 12 (10): 861–9. doi : 10.1038 / nsmb990 . PMID 16170325 .
- ^ Quaresma, Alexandre J .; Nickerson, Jeffrey A. (2013), "Regulación de la exportación de ARNm por la vía de transducción de señales de PI3 quinasa / AKT", Mol Biol Cell , 24 (8): 1208-21, doi : 10.1091 / mbc.E12-06-0450 , PMC 3623641 , PMID 23427269
- ^ a b Singh G, Kucukural A, Cenik C, Leszyk JD, Shaffer SA, Weng Z, Moore MJ (2012). "El interactoma celular EJC revela una estructura de mRNP de orden superior y un nexo proteico EJC-SR" . Celular . 151 (4): 750–64. doi : 10.1016 / j.cell.2012.10.007 . PMC 3522173 . PMID 23084401 .
- ^ Kataoka, N .; Yong, J .; Kim, VN; Velázquez, F .; Perkinson, RA; Wang, F .; Dreyfuss, G. (2000). "Empalme de pre-mRNA imprime mRNA en el núcleo con una nueva proteína de unión a RNA que persiste en el citoplasma". Mol Cell . 6 : 673–682. doi : 10.1016 / s1097-2765 (00) 00065-4 . PMID 11030346 .
- ^ Le Hir H, Gatfield D, Izaurralde E, Moore MJ (2001). "El complejo de unión exón-exón proporciona una plataforma de unión para los factores implicados en la exportación de ARNm y la desintegración de ARNm mediada sin sentido" . EMBO J . 20 (17): 4987–97. doi : 10.1093 / emboj / 20.17.4987 . PMC 125616 . PMID 11532962 .
- ^ Le Hir, H .; Izaurralde, E .; Maquat, LE; Moore, MJ (2000). "El espliceosoma deposita múltiples proteínas 20-24 nucleótidos corriente arriba de las uniones exón-exón del ARNm" . EMBO J . 19 : 6860–6869. doi : 10.1093 / emboj / 19.24.6860 . PMC 305905 . PMID 11118221 .
- ^ Lykke-Andersen, J .; Shu, M.-D .; Steitz, JA (2001). "Comunicación de la posición de las uniones exón-exón a la maquinaria de vigilancia de ARNm por la proteína RNPS1". Ciencia . 293 : 1836–1839. doi : 10.1126 / science.1062786 . PMID 11546874 .
- ^ Lejeune, F .; Ishigaki, Y .; Li, X .; Maquat, LE (2002). "El complejo de unión del exón se detecta en ARNm unido a CBP80 pero no unido a eIF4E en células de mamífero: dinámica de la remodelación de mRNP" . EMBO J . 21 : 3536–3545. doi : 10.1093 / emboj / cdf345 . PMC 126094 . PMID 12093754 .
- ^ Mayeda, A .; Badolato, J .; Kobayashi, R .; Zhang, MQ; Gardiner, EM; Krainer, AR (1999). "Purificación y caracterización de RNPS1 humano: un activador general de empalme de pre-mRNA" . EMBO J . 18 : 4560–4570. doi : 10.1093 / emboj / 18.16.4560 . PMC 1171530 . PMID 10449421 .
- ^ McCracken, S .; Lambermon, M .; Blencowe, BJ (2002). "Coactivador de empalme SRm160 promueve la escisión del extremo 3 'de la transcripción" . Mol. Célula. Biol . 22 : 148-160. doi : 10.1128 / mcb.22.1.148-160.2002 . PMC 134228 . PMID 11739730 .
- ^ Le Hir, H .; Gatfield, D .; Braun, IC; Forler, D .; Izaurralde, E. (2001). "La proteína Mago proporciona un vínculo entre el empalme y la localización del ARNm" . Rep . EMBO 2 : 1119–1124. doi : 10.1093 / embo-reports / kve245 . PMC 1084163 . PMID 11743026 .
- ^ Zhou, Z .; Luo, M.-J .; Straesser, K .; Katahira, J .; Herido, E .; Reed, R. (2000). "La proteína Aly vincula el empalme de ARN pre-mensajero a la exportación nuclear en metazoos". Naturaleza . 407 : 401–405. doi : 10.1038 / 35030160 .
- ^ Rodrigues, JP; Rode, M .; Gatfield, D .; Blencowe, BJ; Carmo-Fonseca, M .; Izaurralde, E. (2001). "Las proteínas REF median en la exportación de ARNm empalmados y no empalmados del núcleo" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 98 : 1030-1035. doi : 10.1073 / pnas.98.3.1030 . PMC 14703 . PMID 11158589 .
- ^ Cullen, BR (2003). "Exportación de ARN nuclear" . J. Cell Sci . 116 : 587–597. doi : 10.1242 / jcs.00268 .
- ^ Gatfield, D .; Izaurralde, E. (2002). "REF1 / Aly y las proteínas del complejo de unión de exón adicional son prescindibles para la exportación de ARNm nuclear" . J. Cell Biol . 159 : 579–588. doi : 10.1083 / jcb.200207128 . PMC 2173090 . PMID 12438415 .
- ^ Alexiadis V, Waldmann T, Andersen J, Mann M, Knippers R, Gruss C (2000). "La proteína codificada por el protooncogén DEK cambia la topología de la cromatina y reduce la eficiencia de la replicación del ADN de una manera específica de la cromatina" . Genes Dev . 14 (11): 1308-12. PMC 316669 . PMID 10837023 .
- ^ McGarvey, T .; Rosonina, E .; McCracken, S .; Li, Q .; Arnaout, R .; Mientjes, E .; Nickerson, JA; Awrey, D .; Greenblatt, J .; Grosveld, G .; Blencowe, BJ (2000). "La proteína asociada a la leucemia mieloide aguda, DEK, forma una interacción dependiente de empalme con complejos exón-producto" . J. Cell Biol . 150 : 309–320. doi : 10.1083 / jcb.150.2.309 . PMC 2180225 . PMID 10908574 .
- ^ Faulkner, NE; Hilfinger, JM; Markovitz, DM (2001). "La proteína fosfatasa 2A activa el promotor del VIH-2 a través de elementos potenciadores que incluyen el sitio de las mascotas" . J. Biol. Chem . 276 : 25804–25812. doi : 10.1074 / jbc.m006454200 .
- ^ a b c d e f Andersen CB, Ballut L, Johansen JS, Chamieh H, Nielsen KH, Oliveira CL, Pedersen JS, Séraphin B, Le Hir H, Andersen GR (2006). "Estructura del complejo del núcleo de unión del exón con una ATPasa de caja DEAD atrapada unida al ARN". Ciencia . 313 (5795): 1968–72. doi : 10.1126 / science.1131981 . PMID 16931718 .
- ^ Lau, CK; Diem, MD; Dreyfuss, G .; Van Duyne, GD (2003). "Estructura del núcleo Y14-Magoh del complejo de unión Exon". Curr. Biol . 13 : 933. doi : 10.1016 / s0960-9822 (03) 00328-2 . PMID 12781131 .
- ^ Fribourg, S .; Gatfield, D .; Izaurralde, E. Conti (2003). "Un modo novedoso de reconocimiento de proteínas RBD en el complejo Y14-Mago". Nat. Struct. Biol . 10 : 433. doi : 10.1038 / nsb926 . PMID 12730685 .
- ^ Shi H, Xu RM (2003). "Estructura cristalina del complejo Drosophila Mago nashi-Y14" . Genes Dev . 17 (8): 971–6. doi : 10.1101 / gad.260403 . PMC 196043 . PMID 12704080 .
- ^ Gehring, Niels H .; Kunz, Joachim B .; Neu-Yilik, Gabriele; Breit, Stephen; Viegas, Marcelo H .; Hentze, Matthias W .; Kulozik, Andreas E. (2005). "Los componentes complejos de unión de exón especifican rutas distintas de descomposición de ARNm mediada sin sentido con requisitos de cofactor diferencial". Célula molecular . 20 (1): 65–75. doi : 10.1016 / j.molcel.2005.08.012 . ISSN 1097-2765 . PMID 16209946 .
- ^ Reichert, VL; Le Hir, H .; Jurica, MS; Moore, MJ (2002). "Las interacciones del exón 5 'dentro del espliceosoma establecen un marco para la estructura y el ensamblaje del complejo de unión del exón" . Genes Dev . 16 : 2778–2791. doi : 10.1101 / gad.1030602 .
- ^ Shibuya, T .; Tange, TO; Sonenberg, N .; Moore, MJ (2004). "eIF4AIII se une al ARNm empalmado en el complejo de unión del exón y es esencial para la descomposición mediada sin sentido ". Nat. Struct. Mol. Biol . 11 : 346–351. doi : 10.1038 / nsmb750 . PMID 15034551 .
- ^ Le Hir, H .; Izaurralde, E .; Maquat, LE; Moore, MJ (2000). "El espliceosoma deposita múltiples proteínas 20-24 nucleótidos corriente arriba de las uniones exón-exón del ARNm" . EMBO J . 19 : 6860–6869. doi : 10.1093 / emboj / 19.24.6860 . PMC 305905 . PMID 11118221 .
- ^ Reed, R .; Hurt, E. (2002). "Una maquinaria de exportación de ARNm conservada acoplada al empalme de ARNm previo". Celular . 108 : 523–531. doi : 10.1016 / s0092-8674 (02) 00627-x . PMID 11909523 .
- ^ Izaurralde, E (2002). "Una nueva familia de receptores de transporte nuclear media la exportación de ARN mensajero al citoplasma. Eur". J. Cell Biol . 81 : 577–584. doi : 10.1078 / 0171-9335-00273 .
- ^ Chang YF, Imam JS, Wilkinson MF (2007). "La vía de vigilancia de ARN de descomposición mediada por tonterías". Annu Rev Biochem . 76 : 51–74. doi : 10.1146 / annurev.biochem.76.050106.093909 . PMID 17352659 .
- ^ Conti, E .; Izaurralde, E. (2005). "Desintegración de ARNm mediada por tonterías: conocimientos moleculares y variaciones mecanicistas entre especies". Curr. Opin. Cell Biol . 17 : 316-325. doi : 10.1016 / j.ceb.2005.04.005 . PMID 15901503 .
- ^ a b c d e f g Chamieh, Hala; Ballut, Lionel; Bonneau, Fabien; Le Hir, Hervé (2007). "Los factores NMD UPF2 y UPF3 unen UPF1 al complejo de unión del exón y estimulan su actividad ARN helicasa". Naturaleza Biología Molecular y Estructural . 15 (1): 85–93. doi : 10.1038 / nsmb1330 . ISSN 1545-9993 .