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Intrón catalítico del grupo II, D5
IntronGroupII.jpg
estructura secundaria completa del intrón del grupo II
Identificadores
SímboloIntron_gpII
RfamRF00029
Otros datos
Estructuras PDBPDBe 6cih
Información extraLa entrada contiene el dominio de empalme V (D5) y algo de consenso 3 '.
Intrón catalítico del grupo II, D1-D4
Identificadores
Símbologrupo-II-D1D4
RfamCL00102
Otros datos
Estructuras PDBPDBe 4fb0
Información extraLa entrada contiene D1-D4, partes 5 'a D5.

Los intrones del grupo II son una gran clase de ribozimas autocatalíticas y elementos genéticos móviles que se encuentran dentro de los genes de los tres dominios de la vida . La actividad de las ribozimas (p. Ej., Autoempalme ) puede ocurrir en condiciones de alto contenido de sal in vitro . Sin embargo, se requiere la ayuda de proteínas para el corte y empalme in vivo . [1] A diferencia de los intrones del grupo I , la escisión del intrón se produce en ausencia de GTP e implica la formación de un lazo., con un punto de ramificación del residuo A que se parece mucho al que se encuentra en los lariatos formados durante el corte y empalme del pre-ARNm nuclear. Se plantea la hipótesis de que el empalme de pre-mRNA (ver spliceosome ) puede haber evolucionado a partir de intrones del grupo II, debido al mecanismo catalítico similar, así como a la similitud estructural de la subestructura del dominio V del grupo II con el snRNA extendido U6 / U2 . [2] [3] Finalmente, su capacidad para movilizar sitios específicos a nuevos sitios de ADN se ha aprovechado como una herramienta para la biotecnología .

Estructura y catálisis [ editar ]

La subestructura del Dominio V que se comparte entre los intrones del Grupo II y el ARN espliceosomal U6 .

La estructura secundaria de los intrones del grupo II se caracteriza por seis estructuras de tallo-bucle típicas, también llamadas dominios I a VI (DI a DVI o D1 a D6). Los dominios irradian desde un núcleo central que acerca las uniones de empalme 5 'y 3'. Las estructuras de hélice proximal de los seis dominios están conectadas por unos pocos nucleótidos en la región central (secuencias enlazadoras o ensambladoras). Debido a su enorme tamaño, el dominio I se dividió en subdominios a, b, c y d. Se identificaron las diferencias de secuencia de los intrones del grupo II que llevaron a una división adicional en los subgrupos IIA, IIB e IIC, junto con la distancia variable de la adenosina abultada.en el dominio VI (el punto de ramificación prospectivo que forma el lazo) desde el sitio de empalme 3 ', y la inclusión u omisión de elementos estructurales como un bucle de coordinación en el dominio I, que está presente en los intrones IIB e IIC pero no en el IIA. [1] Los intrones del grupo II también forman una estructura terciaria de ARN muy complicada .

Los intrones del grupo II poseen sólo unos pocos nucleótidos conservados, y los nucleótidos importantes para la función catalítica se distribuyen por toda la estructura del intrón. Las pocas secuencias primarias estrictamente conservadas son el consenso en el sitio de corte y empalme 5 'y 3' (... ↓ GUGYG & ... y ... AY ↓ ..., con la Y representando una pirimidina ), algunos de los nucleótidos de el núcleo central (secuencias de unión), un número relativamente alto de nucleótidos de DV y algunos tramos de secuencia corta de DI. La adenosina desapareada en DVI (marcada con un asterisco en la figura y ubicada a 7 u 8 nt de distancia del sitio de empalme 3 ') también se conserva y juega un papel central en el proceso de empalme. El hidroxilo 2 'de la adenosina abultada ataca el sitio de empalme 5', seguido por un ataque nucleofílicoen el sitio de empalme 3 'por el 3' OH del exón corriente arriba . Esto da como resultado un lazo intrón ramificado conectado por un enlace fosfodiéster 2 'en la adenosina DVI.

Se requiere maquinaria proteica para el empalme in vivo , y las interacciones intrón-intrón e intrón-exón de largo alcance son importantes para el posicionamiento del sitio de empalme, así como una serie de contactos terciarios entre motivos, incluidas las interacciones de bucle de beso y receptor de tetrabucle. En 2005, A. De Lencastre et al. encontró que durante el empalme de intrones del Grupo II, todos los reactivos se preorganizan antes del inicio del empalme. El sitio de ramificación, ambos exones, las regiones catalíticamente esenciales de DV y J2 / 3 y ε − ε 'están muy cerca antes de que se produzca el primer paso de empalme. Además de las regiones de tríada de AGC y abultamiento de DV, la región enlazadora J2 / 3, los nucleótidos ε-ε 'y el bucle de coordinación en DI son cruciales para la arquitectura y función del sitio activo. [4]

La primera estructura cristalina de un intrón del grupo II se resolvió en 2008 para el intrón catalítico del grupo IIC de Oceanobacillus iheyensis , y se unió al intrón del grupo IIB de Pylaiella littoralis (P.li.LSUI2) en 2014. Se han realizado intentos para modelar el terciario estructura de otros intrones del grupo II, tales como el intrón del grupo IIB ai5γ, usando una combinación de programas para mapeo de homología en estructuras conocidas y modelado de novo de regiones previamente no resueltas. [5]El grupo IIC se caracteriza por una tríada catalítica formada por CGC, mientras que el grupo IIA y el grupo IIB están formados por la tríada catalítica AGC, que es más similar a la tríada catalítica del espliceosoma. Se cree que los del Grupo IIC también son más pequeños, más reactivos y más antiguos. El primer paso del empalme en el intrón del Grupo IIC se realiza mediante agua y forma una estructura lineal en lugar de lazo. [6]

Distribución y filogenia [ editar ]

Dominio X
Identificadores
SímboloDominio_X
PfamPF01348
Clan pfamCL0359
InterProIPR024937
Estructuras proteicas disponibles:
Pfam  estructuras / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumresumen de estructura
Intrón del grupo II, específico de la maturasa
Identificadores
SímboloGIIM
PfamPF08388
Clan pfamCL0359
InterProIPR013597
Estructuras proteicas disponibles:
Pfam  estructuras / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumresumen de estructura

Los intrones del grupo II se encuentran en ARNr , ARNt y ARNm de orgánulos (cloroplastos y mitocondrias) en hongos , plantas y protistas , y también en ARNm de bacterias . El primer intrón que se identificó como distinto del grupo I fue el intrón del grupo IIB ai5γ, que se aisló en 1986 a partir de una transcripción de pre-ARNm del gen mitocondrial oxi 3 de Saccharomyces cerevisiae . [7]

Un subconjunto de intrones del grupo II codifica proteínas de corte y empalme esenciales, conocidas como proteínas codificadas por intrones o IEP, en ORF intrónicos . Como resultado, la longitud de estos intrones puede ser de hasta 3 kb. El empalme se produce de manera casi idéntica al empalme de pre-ARNm nuclear con dos pasos de transesterificación, y ambos también utilizan iones de magnesio para estabilizar el grupo saliente en cada paso, lo que ha llevado a algunos a teorizar un vínculo filogenético entre los intrones del grupo II y el espliceosoma nuclear. Otra evidencia de este vínculo incluye la similitud estructural entre la unión U2 / U6 del ARN espliceosomal y el dominio V de los intrones del grupo II, que contiene la tríada de AGC catalítica y gran parte del corazón del sitio activo, así como la paridad entre 5 'y Secuencias finales 3 '. [8]

Muchos de estos IEP, incluido LtrA , comparten un dominio de transcriptasa inversa y un "Dominio X". [9] La maturasa K (MatK) es una proteína algo similar a las proteínas codificadas por intrones, que se encuentran en los cloroplastos de las plantas. Es necesario para el corte y empalme in vivo de intrones del Grupo II y se puede encontrar en intrones cloroplásticos o en el genoma nuclear. Su dominio RT está roto. [9]

Dominio proteico [ editar ]

Los IEP del Grupo II comparten un dominio conservado relacionado, conocido como "Dominio X" en orgánulos o "GIIM" en bacterias, que no se encuentra en otros retroelementos. [10] [11] El dominio X es esencial para el empalme en las mitocondrias de levadura. [12] Este dominio puede ser responsable de reconocer y unirse al ARN intrón [11] o al ADN. [13]

Ver también [ editar ]

  • Intron
  • Sitio de empalme
  • Intrones nucleares
  • Intrón del grupo I
  • Intrón del grupo III
  • Twintron
  • LtrA

Referencias [ editar ]

  1. ↑ a b Lambowitz AM, Zimmerly S (agosto de 2011). "Intrones del grupo II: ribozimas móviles que invaden el ADN" . Perspectivas de Cold Spring Harbor en biología . 3 (8): a003616. doi : 10.1101 / cshperspect.a003616 . PMC  3140690 . PMID  20463000 .
  2. ^ Seetharaman M, Eldho NV, Padgett RA, Dayie KT (febrero de 2006). "Estructura de un dominio 5 del efector catalítico del intrón del grupo II de auto-empalme: paralelos con el ARN espliceosomal U6" . ARN . 12 (2): 235–47. doi : 10.1261 / rna.2237806 . PMC 1370903 . PMID 16428604 .  
  3. ^ Valadkhan S (mayo-junio de 2010). "Papel de los snRNAs en el sitio activo spliceosomal" . Biología del ARN . 7 (3): 345–53. doi : 10.4161 / rna.7.3.12089 . PMID 20458185 . 
  4. ↑ de Lencastre A, Hamill S, Pyle AM ​​(julio de 2005). "Una única región de sitio activo para un intrón del grupo II". Naturaleza Biología Molecular y Estructural . 12 (7): 626–7. doi : 10.1038 / nsmb957 . PMID 15980867 . 
  5. ^ Somarowthu S, Legiewicz M, Keating KS, Pyle AM ​​(febrero de 2014). "Visualización del intrón del grupo IIB ai5γ" . Investigación de ácidos nucleicos . 42 (3): 1947–58. doi : 10.1093 / nar / gkt1051 . PMC 3919574 . PMID 24203709 .  
  6. ^ Keating KS, Toor N, Perlman PS, Pyle AM ​​(enero de 2010). "Un análisis estructural del sitio activo del intrón del grupo II e implicaciones para el espliceosoma" . ARN . 16 (1): 1–9. doi : 10.1261 / rna.1791310 . PMC 2802019 . PMID 19948765 .  
  7. ^ Peebles CL, Perlman PS, Mecklenburg KL, Petrillo ML, Tabor JH, Jarrell KA, Cheng HL (enero de 1986). "Un ARN auto-empalme corta un intrón lariat". Celular . 44 (2): 213-23. doi : 10.1016 / 0092-8674 (86) 90755-5 . PMID 3510741 . 
  8. ^ Gordon PM, Sontheimer EJ, Piccirilli JA (febrero de 2000). "Catálisis de iones metálicos durante el paso de ligación de exón de empalme de pre-ARNm nuclear: extensión de los paralelos entre el espliceosoma y los intrones del grupo II" . ARN . 6 (2): 199–205. doi : 10.1017 / S1355838200992069 . PMC 1369906 . PMID 10688359 .  
  9. ↑ a b Ahlert D, Piepenburg K, Kudla J, Bock R (julio de 2006). "Origen evolutivo de un intrón del grupo II mitocondrial de una planta de un ancestro que codifica la transcriptasa inversa / maturasa". Revista de Investigación Vegetal . 119 (4): 363–71. doi : 10.1007 / s10265-006-0284-0 . PMID 16763758 . 
  10. ^ Mohr G, Perlman PS, Lambowitz AM (noviembre de 1993). "Relaciones evolutivas entre proteínas codificadas por intrones del grupo II e identificación de un dominio conservado que puede estar relacionado con la función de la madurasa" . Investigación de ácidos nucleicos . 21 (22): 4991–7. doi : 10.1093 / nar / 21.22.4991 . PMC 310608 . PMID 8255751 .  
  11. ↑ a b Centrón D, Roy PH (mayo de 2002). "Presencia de un intrón del grupo II en una cepa multirresistente de Serratia marcescens que alberga tres integrones y una nueva fusión de genes" . Agentes antimicrobianos y quimioterapia . 46 (5): 1402–9. doi : 10.1128 / AAC.46.5.1402-1409.2002 . PMC 127176 . PMID 11959575 .  
  12. ^ Moran JV, Mecklenburg KL, Sass P, Belcher SM, Mahnke D, Lewin A, Perlman P (junio de 1994). "Empalme de mutantes defectuosos del gen COXI del ADN mitocondrial de levadura: definición inicial del dominio de madurasa del intrón aI2 del grupo II" . Investigación de ácidos nucleicos . 22 (11): 2057–64. doi : 10.1093 / nar / 22.11.2057 . PMC 308121 . PMID 8029012 .  
  13. ^ Guo H, Zimmerly S, Perlman PS, Lambowitz AM (noviembre de 1997). "Las endonucleasas de intrones del grupo II utilizan subunidades de ARN y proteínas para el reconocimiento de secuencias específicas en el ADN de doble hebra" . El diario EMBO . 16 (22): 6835–48. doi : 10.1093 / emboj / 16.22.6835 . PMC 1170287 . PMID 9362497 .  

Lectura adicional [ editar ]

  • Bonen L, Vogel J (junio de 2001). "Los entresijos de los intrones del grupo II". Tendencias en Genética . 17 (6): 322–31. doi : 10.1016 / S0168-9525 (01) 02324-1 . PMID  11377794 .
  • Chu VT, Adamidi C, Liu Q, Perlman PS, Pyle AM ​​(diciembre de 2001). "Control de la elección del sitio de ramificación por un intrón del grupo II" . El diario EMBO . 20 (23): 6866–76. doi : 10.1093 / emboj / 20.23.6866 . PMC  125754 . PMID  11726522 .
  • Lehmann K, Schmidt U (2003). "Intrones del grupo II: estructura y versatilidad catalítica de grandes ribozimas naturales". Revisiones críticas en bioquímica y biología molecular . 38 (3): 249-303. doi : 10.1080 / 713609236 . PMID  12870716 .
  • Michel F, Umesono K, Ozeki H (octubre de 1989). "Anatomía comparativa y funcional de intrones catalíticos del grupo II - una revisión". Gene . 82 (1): 5–30. doi : 10.1016 / 0378-1119 (89) 90026-7 . PMID  2684776 .

Enlaces externos [ editar ]