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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 recubrimiento de ARNm , está altamente regulado y es vital en la creación de ARN mensajero estable y maduro capaz de someterse a traducción durante la síntesis de proteínas . El ARNm mitocondrial [1] y el ARNm cloroplástico [2] no están protegidos.

Estructura [ editar ]

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

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

En eucariotas multicelulares y algunos virus, [7] existen más modificaciones, incluida la metilación de los grupos hidroxi 2 ' de los 2 primeros 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 metilado en los dos primeros azúcares ribosa, que se muestran a la derecha. La tapa 5 'es químicamente similar al extremo 3' de una molécula de ARN (el carbono 5 'de la tapa ribosa está unido y el 3' no unido). Esto proporciona una resistencia significativa a las exonucleasas 5 ' . [ cita requerida ]

Los ARN nucleares pequeños contienen casquillos 5 ′ únicos. 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 organismos superiores, algunos ARN se tapan con NAD + , NADH , o 3 'dephospho-coenzima A . [9] [10]

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

Proceso de taponado [ editar ]

El punto de partida para la protección 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 limitación se inicia antes de que se complete la transcripción, ya que 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. La guanililtransferasa de ARNm , la guanililtransferasa , añade GTP al bisfosfato terminal , y en el proceso se pierde un pirofosfato del sustrato de GTP. Esto da como resultado el enlace trifosfato 5′-5 ′, que produce 5 ′ (Gp) (ppN) [pN] n ;
  3. El nitrógeno 7 de la guanina es metilado por el ARNm (guanina- N 7 -) - metiltransferasa , con S -adenosil- L- metionina desmetilada para producir S -adenosil- L -homocisteína , lo que da como resultado 5 ′ (m7Gp) (ppN) [pN] n (cap-0);
  4. Pueden producirse modificaciones adyacentes a la tapa, normalmente al primer y segundo nucleótidos, produciendo hasta 5 '(m7Gp) (ppN *) (pN *) [pN] n (cap-1 y cap-2); [7]
  5. Si el nucleótido cap-adyacente más cercano es 2'- O ribosa metil-adenosina (es decir, 5 '(m7Gp) (PDMA) [pN] n ), puede ser metilado aún más en la posición de metilo N6 para formar N 6 -methyladenosine , dando como resultado 5 '(m7Gp) (ppm6Am) [pN] n . [3]

El mecanismo de protección con NAD + , NADH o 3′-desfosfocoenzima A es diferente. El taponamiento con NAD + , NADH o 3′-desfosfo-coenzima A se logra mediante un "mecanismo de taponamiento 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 por 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 pueden llevar a cabo este "mecanismo de protección ab initio". [9]

Orientación [ editar ]

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 'de la nueva transcripción emerge de la ARN polimerasa II, el CEC lleva a cabo el proceso de taponamiento (este tipo de mecanismo asegura el taponamiento, 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]

El recubrimiento con NAD + , NADH o 3'-desfosfo-coenzima A es el objetivo de la secuencia promotora . [9] La protección con NAD +, NADH o 3'-defosfo-coenzima A ocurre solo en los 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 [ editar ]

El tapón 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 cap (CBC), que se une exclusivamente al ARN protegido con 7-metilguanilato. El CBC es luego reconocido por el complejo de poros nucleares y exportado. 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 es luego reconocido por otra maquinaria de iniciación de la traducción, incluido el ribosoma. [21]

El taponamiento con 7-metilguanilato evita la degradación de 5 'de dos formas. En primer lugar, se evita la degradación del ARNm por las exonucleasas 5 '(como se mencionó anteriormente) pareciendo funcionalmente un extremo 3'. En segundo lugar, el CBC y el eIF4E / eIF4G bloquean el acceso de las enzimas de desencadenamiento a la tapa. Esto aumenta la vida media del ARNm, esencial en eucariotas, ya que los procesos de exportación y traducción toman un tiempo significativo.

El decapitado de un ARNm protegido con 7-metilguanilato es catalizado por el complejo de decaptación formado por al menos Dcp1 y Dcp2, que debe competir con eIF4E para unirse al casquete. Por lo tanto, el casquete de 7-metilguanilato es un marcador de un ARNm que se traduce activamente y es utilizado por las células para regular la vida media del ARNm en respuesta a nuevos estímulos. Los ARNm indeseables se envían a los cuerpos P para su almacenamiento temporal o descampado, 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 [ editar ]

  • Desencapsulado del ARN mensajero
  • Factor de iniciación eucariota 4F (eIF4F)
  • Expresión génica del análisis de cap

Referencias [ editar ]

  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 de ARNm de cloroplasto". Biochimie . 82 (6–7): 573–582. doi : 10.1016 / S0300-9084 (00) 00606-4 . PMID 10946108 . 
  3. ↑ a b c d Shatkin, A (diciembre de 1976). "Tapado de ARNm eucarióticos". Celular . 9 (4): 645–653. doi : 10.1016 / 0092-8674 (76) 90128-8 . PMID 1017010 . S2CID 26743858 .  
  4. ↑ a b Banerjee AK (junio de 1980). "Estructura del casquete 5′-terminal en ácidos ribonucleicos mensajeros eucarióticos" . Revisiones microbiológicas . 44 (2): 175–205. doi : 10.1128 / mmbr.44.2.175-205.1980 . PMC 373176 . PMID 6247631 .  
  5. ↑ a b Sonenberg N, Gingras AC (abril de 1998). "La proteína de unión a la tapa 5 'de ARNm eIF4E y el control del crecimiento celular". Opinión actual en biología celular . 10 (2): 268-275. doi : 10.1016 / S0955-0674 (98) 80150-6 . PMID 9561852 . 
  6. ↑ a b Marcotrigiano J, Gingras AC, Sonenberg N, Burley SK (junio de 1997). "Estructura de cocristal de la proteína de unión a la tapa 5 'del ARN mensajero (eIF4E) unida a 7-metil-GDP". Celular . 89 (6): 951–961. doi : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80280-9 . PMID 9200613 . S2CID 15200116 .  
  7. ↑ a b Fechter P, Brownlee GG (mayo de 2005). "Reconocimiento de estructuras de casquete de ARNm por proteínas virales y celulares" . La Revista de Virología General . 86 (Parte 5): 1239-1249. doi : 10.1099 / vir.0.80755-0 . PMID 15831934 . 
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Enlaces externos [ editar ]

  • "Tapas de ARN" . Encabezado de tema médico de PubMed (MeSH) . Institutos Nacionales de Salud.