La desintegración del ARNm mediada por tonterías ( NMD ) es una vía de vigilancia que existe en todos los eucariotas . Su función principal es reducir los errores en la expresión génica mediante la eliminación de las transcripciones de ARNm que contienen codones de parada prematuros . [1] La traducción de estos ARNm aberrantes podría, en algunos casos, conducir a una ganancia de función perjudicial o una actividad dominante negativa de las proteínas resultantes. [2]
La NMD se describió por primera vez en células humanas y en levaduras casi simultáneamente en 1979. Esto sugirió una amplia conservación filogenética y un importante papel biológico de este intrigante mecanismo. [3] La NMD se descubrió cuando se descubrió que las células a menudo contienen concentraciones inesperadamente bajas de ARNm que se transcriben a partir de alelos que portan mutaciones sin sentido . [4] Las mutaciones sin sentido codifican un codón de parada prematuro que hace que la proteína se acorte. La proteína truncada puede ser funcional o no, dependiendo de la gravedad de lo que no se traduce. En genética humana, la NMD tiene la posibilidad no solo de limitar la traducción de proteínas anormales, sino que ocasionalmente puede causar efectos perjudiciales en mutaciones genéticas específicas. [5]
La NMD funciona para regular numerosas funciones biológicas en una amplia gama de células, incluida la plasticidad sináptica de las neuronas que pueden moldear el comportamiento de los adultos. [6]
Ruta
Si bien muchas de las proteínas involucradas en la ENM no se conservan entre especies, en Saccharomyces cerevisiae (levadura), hay tres factores principales en la ENM : UPF1 , UPF2 y UPF3 ( UPF3A y UPF3B en humanos), que constituyen el núcleo conservado de la Vía NMD. [7] Los tres de estos factores son elementos que actúan en trans llamados proteínas de desplazamiento hacia arriba (UPF). En los mamíferos, UPF2 y UPF3 son parte del complejo de unión exón-exón (EJC) unido al ARNm después del corte y empalme junto con otras proteínas, eIF4AIII, MLN51 y el heterodímero Y14 / MAGOH, que también funcionan en NMD. La fosforilación de UPF1 está controlada por las proteínas SMG-1, SMG-5, SMG-6 y SMG-7.
El proceso de detección de transcripciones aberrantes ocurre durante la traducción del ARNm. Un modelo popular para la detección de transcripciones aberrantes en mamíferos sugiere que durante la primera ronda de traducción, el ribosoma elimina los complejos de unión exón-exón unidos al ARNm después de que se produce el empalme. Si después de esta primera ronda de traducción, alguna de estas proteínas permanece unida al ARNm, se activa la NMD. Los complejos de unión exón-exón ubicados corriente abajo de un codón de parada no se eliminan del transcrito porque el ribosoma se libera antes de alcanzarlos. La terminación de la traducción conduce al ensamblaje de un complejo compuesto por UPF1, SMG1 y los factores de liberación, eRF1 y eRF3, en el ARNm. Si se deja un EJC en el ARNm porque el transcrito contiene un codón de parada prematuro, entonces UPF1 entra en contacto con UPF2 y UPF3, lo que desencadena la fosforilación de UPF1. En los vertebrados, la ubicación del último complejo de unión de exón en relación con el codón de terminación generalmente determina si la transcripción se someterá a NMD o no. Si el codón de terminación está cadena abajo o dentro de aproximadamente 50 nucleótidos del complejo de unión de exón final, entonces el transcrito se traduce normalmente. Sin embargo, si el codón de terminación está más allá de aproximadamente 50 nucleótidos cadena arriba de cualquier complejo de unión de exón, entonces el transcrito está regulado negativamente por NMD. [8] El UPF1 fosforilado luego interactúa con SMG-5, SMG-6 y SMG-7, que promueven la desfosforilación de UPF1. Se cree que SMG-7 es el efector de terminación en NMD, ya que se acumula en los cuerpos P , que son sitios citoplásmicos para la descomposición del ARNm. Tanto en las células de levadura como en las humanas, la vía principal para la desintegración del ARNm se inicia mediante la eliminación de la capa 5 ' seguida de la degradación por XRN1, una enzima exoribonucleasa. La otra vía por la que se degrada el ARNm es por desadenilación de 3'-5 '.
Además del papel bien reconocido de NMD en la eliminación de transcripciones aberrantes, existen transcripciones que contienen intrones dentro de sus 3'UTR. [9] Se predice que estos mensajes serán objetivos de NMD, pero ellos (p. Ej., Proteína asociada al citoesqueleto regulada por actividad, conocida como Arc) pueden desempeñar funciones biológicas cruciales, lo que sugiere que la NMD puede tener funciones fisiológicamente relevantes. [9]
Mutaciones
Aunque la desintegración del ARNm mediada por cosas sin sentido reduce los codones sin sentido, pueden ocurrir mutaciones que conduzcan a diversos problemas de salud y enfermedades en los seres humanos. Puede ocurrir una mutación de ganancia de función negativa dominante o deletérea si se traducen codones de terminación prematura (sin sentido). La NMD es cada vez más evidente en la forma en que modifica las consecuencias fenotípicas debido a la amplia forma en que controla la expresión génica. Por ejemplo, el trastorno sanguíneo Beta talasemia se hereda y es causado por mutaciones en el flujo ascendente del gen de la β-globina. [10] Un individuo portador de un solo alelo afectado tendrá niveles extremadamente bajos o nulos del ARNm de β-globina mutante. Puede ocurrir una forma aún más grave de la enfermedad llamada talasemia intermedia o talasemia de "cuerpos de inclusión". En lugar de niveles reducidos de ARNm, una transcripción mutante produce cadenas β truncadas, lo que a su vez conduce a un fenotipo clínico en el heterocigoto. [10] Las mutaciones de desintegración mediadas por tonterías también pueden contribuir al síndrome de Marfan . Este trastorno está causado por mutaciones en el gen de la fibrilina 1 (FBN1) y es el resultado de una interacción negativa dominante entre el gen de fibrilina-1 mutante y el gen de tipo salvaje. [10]
Aplicaciones de investigación
Esta vía tiene un efecto significativo en la forma en que se traducen los genes, lo que restringe la cantidad de expresión génica. Todavía es un campo nuevo en la genética, pero su papel en la investigación ya ha llevado a los científicos a descubrir numerosas explicaciones para la regulación genética. El estudio de la descomposición mediada por tonterías ha permitido a los científicos determinar las causas de ciertas enfermedades hereditarias y la compensación de la dosis en los mamíferos.
Enfermedades hereditarias
El gen de la proopiomelanocortina (POMC) se expresa en el hipotálamo, en la glándula pituitaria. Produce una gama de péptidos y hormonas biológicamente activos y se somete a un procesamiento postraduccional específico de tejido para producir una gama de péptidos biológicamente activos que producen hormona adrenocorticotrópica (ACTH), b-endorfina y hormona estimulante de melanocitos a, b y c ( MSH). [ cita requerida ] Estos péptidos luego interactúan con diferentes receptores de melanocortina (MCR) y están involucrados en una amplia gama de procesos que incluyen la regulación del peso corporal (MC3R y MC4R), la esteroidogénesis suprarrenal (MC2R) y la pigmentación del cabello (MC1R). [11] Publicado en la Asociación Británica de Dermatólogos en 2012, La falta de fenotipo de pelo rojo en un niño obeso del norte de África homocigoto para una nueva mutación nula de POMC mostró una evaluación de ARN de descomposición mediada por tonterías en un análisis químico de pigmentos de cabello. Descubrieron que la inactivación de la mutación del gen POMC provoca obesidad, insuficiencia suprarrenal y pelo rojo. Esto se ha visto tanto en humanos como en ratones. En este experimento describieron a un niño de 3 años de Roma, Italia. Fue una fuente de atención porque tenía la enfermedad de Addison y obesidad de inicio temprano. Recogieron su ADN y lo amplificaron mediante PCR. El análisis de secuenciación reveló una única sustitución homocigótica que determina un codón de terminación. Esto provocó una proteína aberrante y la secuencia de aminoácidos correspondiente indicó la posición exacta del nucleótido homocigoto. La sustitución se localizó en el exón 3 y la mutación sin sentido en el codón 68. Los resultados de este experimento sugieren fuertemente que la ausencia de pelo rojo en pacientes no europeos con obesidad de inicio temprano y deficiencia hormonal no excluye la aparición de mutaciones POMC. [11] Al secuenciar el ADN de los pacientes, encontraron que esta nueva mutación tiene una colección de síntomas debido a un mal funcionamiento de la vía de vigilancia de la descomposición del ARNm mediada por un sinsentido.
La compensación de dosis
Ha habido evidencia de que la vía de desintegración del ARNm mediada sin sentido participa en la compensación de la dosis del cromosoma X en mamíferos. En eucariotas superiores con cromosomas sexuales dimórficos, como los humanos y las moscas de la fruta, los machos tienen un cromosoma X , mientras que las hembras tienen dos. Estos organismos han desarrollado un mecanismo que compensa no solo el diferente número de cromosomas sexuales entre los dos sexos, sino también las diferentes proporciones X / autosoma. [12] En este estudio de todo el genoma, los científicos encontraron que los genes autosómicos tienen más probabilidades de sufrir una descomposición mediada por tonterías que los genes ligados al cromosoma X. Esto se debe a que el NMD afina los cromosomas X y se demostró al inhibir la vía. Los resultados fueron que la expresión génica equilibrada entre X y la expresión génica de los autosomas se redujo en un 10-15% sin importar el método de inhibición. La vía de la NMD está sesgada hacia la depresión de la expresión de genes de población o autosómicos más grandes que los ligados al cromosoma X. En conclusión, los datos apoyan la opinión de que el acoplamiento de empalme alternativo y NMD es un medio generalizado de regulación de la expresión génica. [12]
Ver también
- Decaimiento continuo , otro mecanismo de vigilancia del ARNm
- vigilancia de ARNm
Referencias
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enlaces externos
- Catabolismo de ARNm de levadura
- Vía de vigilancia del ARN de descomposición mediada sin sentido
- Usos en clínica
- Expresión genética errónea [ enlace muerto permanente ]
- Deterioro de la salud y la enfermedad
- Figura de vía compleja
- Figura de ruta simplificada
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