La modificación postranscripcional o modificación cotranscripcional es un conjunto de procesos biológicos comunes a la mayoría de las células eucariotas mediante los cuales una transcripción primaria de ARN se altera químicamente después de la transcripción de un gen para producir una molécula de ARN madura y funcional que luego puede salir del núcleo y funcionar. cualquiera de una variedad de funciones diferentes en la célula. [1] Hay muchos tipos de modificaciones postranscripcionales logradas a través de una diversa clase de mecanismos moleculares.
Un ejemplo es la conversión de transcripciones de ARN mensajero precursor en ARN mensajero maduro que posteriormente es capaz de traducirse en proteína . Este proceso incluye tres pasos principales que modifican significativamente la estructura química de la molécula de ARN: la adición de una tapa 5 ' , la adición de una cola poliadenilada 3' y el empalme de ARN . Dicho procesamiento es vital para la traducción correcta de genomas eucariotas porque el ARNm precursor inicial producido por transcripción a menudo contiene tanto exones (secuencias codificantes) como intrones (secuencias no codificantes); El empalme elimina los intrones y une los exones directamente, mientras que el casquete y la cola facilitan el transporte del ARNm a un ribosoma y lo protegen de la degradación molecular. [2]
Las modificaciones postranscripcionales también pueden ocurrir durante el procesamiento de otras transcripciones que finalmente se convierten en ARN de transferencia , ARN ribosómico o cualquiera de los otros tipos de ARN utilizados por la célula.
procesamiento de ARNm
La molécula de pre-ARNm sufre tres modificaciones principales. Estas modificaciones son el remate 5 ' , la poliadenilación 3' y el empalme de ARN , que se producen en el núcleo celular antes de que se traduzca el ARN . [4]
5 'procesamiento
Taponamiento
El taponamiento del pre-mRNA implica la adición de 7-metilguanosina (m 7 G) al extremo 5 '. Para lograr esto, es necesario eliminar el fosfato 5 'terminal, que se realiza con la ayuda de una enzima fosfatasa . La enzima guanosil transferasa luego cataliza la reacción, que produce el extremo 5 ' difosfato . El extremo 5 'del difosfato ataca el átomo de fósforo alfa de una molécula de GTP para agregar el residuo de guanina en un enlace trifosfato 5'5'. La enzima (guanina- N 7 -) - metiltransferasa ("cap MTase") transfiere un grupo metilo de S-adenosil metionina al anillo de guanina. [5] Este tipo de tapa, con solo el (m 7 G) en posición, se llama estructura de tapa 0. La ribosa del nucleótido adyacente también puede metilarse para dar un casquete 1. La metilación de nucleótidos corriente abajo de la molécula de ARN produce estructuras de casquete 2, casquete 3 y así sucesivamente. En estos casos, los grupos metilo se añaden a los grupos 2 'OH del azúcar ribosa. La tapa protege el extremo 5 'del transcrito de ARN primario del ataque de ribonucleasas que tienen especificidad para los enlaces fosfodiéster 3'5' . [6]
3 'procesamiento
Escisión y poliadenilación
El procesamiento de pre-ARNm en el extremo 3 'de la molécula de ARN implica la escisión de su extremo 3' y luego la adición de aproximadamente 250 residuos de adenina para formar una cola de poli (A) . Las reacciones de escisión y adenilación ocurren principalmente si una secuencia señal de poliadenilación (5'-AAUAAA-3 ') se encuentra cerca del extremo 3' de la molécula de pre-ARNm, que es seguida por otra secuencia, que generalmente es (5'-CA -3 ') y es el sitio de escisión. Una secuencia rica en GU también suele estar presente más corriente abajo en la molécula de pre-ARNm. Más recientemente, se ha demostrado que secuencias señal alternativas como UGUA corriente arriba del sitio de escisión también pueden dirigir la escisión y la poliadenilación en ausencia de la señal AAUAAA. Es importante comprender que estas dos señales no son mutuamente independientes y, a menudo, coexisten. Después de la síntesis de los elementos de la secuencia, varias proteínas de subunidades múltiples se transfieren a la molécula de ARN. La transferencia de estas proteínas de unión específicas de secuencia, factor de especificidad de escisión y poliadenilación (CPSF), factor de escisión I (CF I) y factor de estimulación de escisión (CStF) se produce a partir de la ARN polimerasa II . Los tres factores se unen a los elementos de la secuencia. La señal AAUAAA está unida directamente por CPSF. Para los sitios de procesamiento dependientes de UGUA, la unión del complejo de múltiples proteínas se realiza mediante el Factor de escisión I (CF I). El complejo de proteínas resultante formado contiene factores de escisión adicionales y la enzima poliadenilato polimerasa (PAP). Este complejo escinde el ARN entre la secuencia de poliadenilación y la secuencia rica en GU en el sitio de escisión marcado por las secuencias (5'-CA-3 '). La poli (A) polimerasa luego agrega aproximadamente 200 unidades de adenina al nuevo extremo 3 'de la molécula de ARN usando ATP como precursor. A medida que se sintetiza la cola de poli (A), se une a múltiples copias de la proteína de unión a poli (A) , que protege el extremo 3 'de la digestión de la ribonucleasa por enzimas que incluyen el complejo CCR4-Not . [6]
Empalme de intrones
El empalme de ARN es el proceso mediante el cual los intrones , regiones de ARN que no codifican proteínas, se eliminan del pre-ARNm y los exones restantes se conectan para volver a formar una única molécula continua. Los exones son secciones de ARNm que se "expresan" o se traducen en una proteína. Son las porciones codificantes de una molécula de ARNm. [7] Aunque la mayoría de los empalmes de ARN ocurren después de la síntesis completa y la terminación del pre-ARNm, las transcripciones con muchos exones pueden empalmarse co-transcripcionalmente. [8] La reacción de empalme es catalizada por un gran complejo de proteínas llamado spliceosoma ensamblado a partir de proteínas y pequeñas moléculas de ARN nuclear que reconocen los sitios de empalme en la secuencia de pre-ARNm. Muchos pre-ARNm, incluidos los que codifican anticuerpos , pueden empalmarse de múltiples formas para producir diferentes ARNm maduros que codifican diferentes secuencias de proteínas . Este proceso se conoce como empalme alternativo y permite la producción de una gran variedad de proteínas a partir de una cantidad limitada de ADN.
Procesamiento de ARNm de histonas
Las histonas H2A, H2B, H3 y H4 forman el núcleo de un nucleosoma y, por lo tanto, se denominan histonas centrales . El procesamiento de las histonas centrales se realiza de manera diferente porque el ARNm de histona típico carece de varias características de otros ARNm eucariotas, como la cola poli (A) y los intrones. Por lo tanto, dichos ARNm no se someten a empalme y su procesamiento en 3 'se realiza independientemente de la mayoría de los factores de escisión y poliadenilación. Los ARNm de histonas centrales tienen una estructura especial de tallo-bucle en el extremo 3-primo que es reconocida por una proteína de unión de tallo-bucle y una secuencia descendente, denominada elemento histona descendente (HDE) que recluta ARNnn U7 . El factor de especificidad de escisión y poliadenilación 73 corta el ARNm entre el tallo-asa y la HDE [9]
Sin embargo, las variantes de histonas, como H2A.Z o H3.3, tienen intrones y se procesan como ARNm normales, incluido el empalme y la poliadenilación. [9]
Ver también
- Modificación post-traduccional
- Edición de ARN
- RNA-Seq
Referencias
- ^ Kiss T (julio de 2001). "Modificación postranscripcional guiada por ARN nucleolar pequeño de ARN celulares" . El diario EMBO . 20 (14): 3617-22. doi : 10.1093 / emboj / 20.14.3617 . PMC 125535 . PMID 11447102 .
- ^ Berg, Tymoczko y Stryer 2007 , p. 836
- ^ a b Shafee, Thomas; Lowe, Rohan (2017). "Estructura de genes eucariotas y procariotas". WikiJournal de Medicina . 4 (1). doi : 10.15347 / wjm / 2017.002 . ISSN 2002-4436 .
- ^ Berg, Tymoczko y Stryer 2007 , p. 841
- ^ Yamada-Okabe T, Mio T, Kashima Y, Matsui M, Arisawa M, Yamada-Okabe H (noviembre de 1999). "El gen de Candida albicans para mRNA 5-cap metiltransferasa: identificación de residuos adicionales esenciales para la catálisis" . Microbiología . 145 (Parte 11) (11): 3023–33. doi : 10.1099 / 00221287-145-11-3023 . PMID 10589710 . Archivado desde el original el 12 de julio de 2012.
- ↑ a b Hames y Hooper , 2006 , p. 221
- ^ Biología . Educación de Mgraw Hill. 2014. págs. 241–242. ISBN 978-981-4581-85-1.
- ^ Lodish HF, Berk A, Kaiser C, Krieger M, Scott MP, Bretscher A, Ploegh H, Matsudaira PT (2007). "Capítulo 8: Control génico postranscripcional". Biología celular molecular . San Francisco: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-7601-7.
- ^ a b Marzluff WF, Wagner EJ, Duronio RJ (noviembre de 2008). "Metabolismo y regulación de ARNm de histonas canónicas: vida sin cola de poli (A)" . Reseñas de la naturaleza. Genética . 9 (11): 843–54. doi : 10.1038 / nrg2438 . PMC 2715827 . PMID 18927579 .
Otras lecturas
- Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2007). Bioquímica (6 ed.). Nueva York : WH Freeman & Co. ISBN 978-0-7167-6766-4.
- Hames D, Hooper N (2006). Bioquímica de notas instantáneas . Annales de Biologie Clinique . 58 (3 ed.). Leeds : Taylor y Francis. pag. 767. ISBN 978-0-415-36778-3. PMID 11098183 .
- Sun WJ, Li JH, Liu S, Wu J, Zhou H, Qu LH, Yang JH (enero de 2016). "RMBase: un recurso para decodificar el panorama de modificaciones de ARN de datos de secuenciación de alto rendimiento" . Investigación de ácidos nucleicos . 44 (D1): D259-65. doi : 10.1093 / nar / gkv1036 . PMC 4702777 . PMID 26464443 .
- Machnicka MA, Milanowska K, Osman Oglou O, Purta E, Kurkowska M, Olchowik A, Januszewski W, Kalinowski S, Dunin-Horkawicz S, Rother KM, Helm M, Bujnicki JM, Grosjean H (enero de 2013). "MODOMICS: una base de datos de rutas de modificación de ARN - actualización de 2013" . Investigación de ácidos nucleicos . 41 (Problema de la base de datos): D262-7. doi : 10.1093 / nar / gks1007 . PMC 3531130 . PMID 23118484 .
- Cantara WA, Crain PF, Rozenski J, McCloskey JA, Harris KA, Zhang X, Vendeix FA, Fabris D, Agris PF (enero de 2011). "La base de datos de modificación de ARN, RNAMDB: actualización de 2011" . Investigación de ácidos nucleicos . 39 (Problema de la base de datos): D195-201. doi : 10.1093 / nar / gkq1028 . PMC 3013656 . PMID 21071406 .
- Modificación postranscripcional + ARN + en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .