La terminación intrínseca o independiente de rho es un proceso en procariotas para señalar el final de la transcripción y liberar la molécula de ARN recién construida . En procariotas como E. coli , la transcripción finaliza mediante un proceso dependiente de rho o un proceso independiente de rho. En el proceso dependiente de Rho, la proteína rho localiza y une la secuencia señal en el ARNm y señala la escisión. Por el contrario, la terminación intrínseca no requiere una proteína especial para señalar la terminación y está controlada por secuencias específicas de ARN. Cuando comienza el proceso de terminación, el ARNm transcrito forma un bucle en horquilla de estructura secundaria estable, también conocido comoVástago de bucle . Esta horquilla de ARN es seguida por múltiples nucleótidos de uracilo. Los enlaces entre uracilo y adenina son muy débiles. Una proteína unida a la ARN polimerasa (nusA) se une a la estructura de tallo-bucle lo suficientemente fuerte como para hacer que la polimerasa se detenga temporalmente. Esta pausa de la polimerasa coincide con la transcripción de la secuencia de poli-uracilo. Los enlaces débiles adenina-uracilo reducen la energía de desestabilización del dúplex ARN-ADN, lo que le permite desenrollarse y disociarse de la ARN polimerasa. En general, la estructura del ARN modificada es lo que termina la transcripción.
Las estructuras de bucle de tallo que no están seguidas por una secuencia de poli-uracilo hacen que la ARN polimerasa se detenga, pero generalmente continuará la transcripción después de un breve tiempo porque el dúplex es demasiado estable para desenrollarse lo suficiente como para causar la terminación.
La terminación de la transcripción independiente de Rho es un mecanismo frecuente que subyace a la actividad de los elementos reguladores del ARN que actúan en cis , como los riboswitches .
Función
La función de propósito de la terminación intrínseca es señalar la disociación del complejo de elongación ternario (TEC) , lo que indica el final de una transcripción en procariotas. Terminación intrínseca independiente de la proteína Rho , a diferencia de la terminación dependiente de Rho, donde la proteína procariótica Rho entra y actúa sobre la ARN polimerasa, provocando su disociación. [1] Aquí, no hay proteína adicional y la transcripción forma su propia estructura de bucle. La terminación intrínseca también regula el nivel de transcripción, lo que determina cuántas polimerasas pueden transcribir un gen durante un período de tiempo determinado y pueden ayudar a prevenir interacciones con cromosomas vecinos. [1]
Regulación de la terminación intrínseca
El proceso en sí está regulado a través de factores de terminación tanto positivos como negativos, generalmente mediante la modificación de la estructura de la horquilla. Esto se logra mediante interacciones con ARN monocatenario que corresponde al área aguas arriba del bucle, lo que da como resultado la interrupción del proceso de terminación. Además, existe cierta implicación de que el sitio de la nuez también puede contribuir a la regulación, ya que está involucrado en el reclutamiento de algunos componentes críticos en la formación de la horquilla. [2]
Estructura
En la terminación intrínseca, la transcripción de ARN se duplica y se empareja de bases consigo misma, creando una estructura en forma de horquilla o tallo de ARN . Esta estructura es crítica para la liberación tanto de la transcripción como de la polimerasa al final de la transcripción. [3] En las células vivas, los componentes clave son el propio tallo-loop estable, así como la secuencia de 6-8 residuos de uracilo que le siguen. [3] El tallo generalmente consta de 8-9 pares de bases principalmente guanina y citosina (GC), y el bucle consta de 4-8 residuos. Se cree que la parte del tallo de la estructura es esencial para la terminación de la transcripción, mientras que el bucle no lo es. [4] Esto se sugiere por el hecho de que la terminación se puede lograr en estructuras no nativas que no incluyen el bucle. [5]
La porción del tallo de la horquilla suele ser rica en pares de bases GC. Los pares de bases de GC tienen interacciones significativas de apilamiento de bases y pueden formar tres enlaces de hidrógeno entre sí, lo que los hace muy termodinámicamente favorables. Por el contrario, aunque la secuencia rica en uracilo que sigue a la horquilla no siempre es necesaria para la terminación, [6] se plantea la hipótesis de que la secuencia rica en uracilo ayuda en la terminación intrínseca porque el enlace UA no es tan fuerte como los enlaces GC. [4] Esta inestabilidad inherente actúa para favorecer cinéticamente la disociación de la transcripción de ARN. [4]
Experimentos para determinar características estructuralmente significativas
Para determinar la longitud óptima del tallo, los investigadores modificaron su longitud y observaron la rapidez con la que se producía la terminación. [3] Cuando la longitud del vástago se alargó o acortó de la longitud estándar de 8-9 pares de bases, la terminación fue menos eficiente, y si los cambios fueron lo suficientemente grandes, la terminación cesó por completo. [3]
Los experimentos determinaron que si está presente una secuencia de oligonucleótidos que es idéntica a la porción corriente abajo del tallo, se emparejará de bases con la porción corriente arriba. [5] Esto crea una estructura que es análoga a la estructura nativa de vástago-bucle, pero le falta el bucle al final. Sin la presencia del bucle, la terminación intrínseca aún puede ocurrir. [5] Esto indica que el bucle no es inherentemente necesario para la terminación intrínseca.
Generalmente, la ausencia de la secuencia rica en uracilo que sigue al tallo-loop dará como resultado un retraso o una pausa en la transcripción, pero la terminación no cesará por completo. [6]
Mecanismo
La terminación intrínseca está indicada por señales codificadas directamente en el ADN y el ARN. La señal aparece como una horquilla y es seguida por 8 uridinas en el extremo 3 '. Esto conduce a una rápida disociación del complejo de alargamiento. La horquilla inactiva y desestabiliza el TEC al debilitar las interacciones en el sitio de unión del ARN-ADN y otros sitios que mantienen unido este complejo. La pausa inducida por el estiramiento de los uracilos es importante y proporciona tiempo para la formación de horquillas. En ausencia del tracto en U, la formación de horquillas no da como resultado una terminación eficiente, lo que indica su importancia en este proceso. [7]
El proceso de alargamiento y desestabilización ocurre en cuatro pasos [7]
1) a medida que la ARN polimerasa transcribe los nucleótidos finales del tracto U terminador, se detiene al final del tracto U, lo que favorece la vía de terminación en la competencia cinética entre elongación y terminación.
2) en horquilla Terminator (THP) Nucleación
3) inactivación del complejo de alargamiento y finalización de horquilla
4) disociación del complejo de elongación Es probable que un mecanismo completo implique interacciones específicas de la polimerasa, la horquilla del terminador de ARN y las secuencias molde ricas en dT.
Inhibición de la terminación intrínseca
En cuanto a los inhibidores de la terminación intrínseca, aún se desconoce mucho. Uno de los pocos ejemplos que se conoce es la proteína 7 del bacteriófago. Esta está formada por estructuras crio-EM 3.4A y 4.0A de P7-NusA-TEC y P7-TEC. [8] Esta proteína de bacteriófago 7 detiene la terminación de la transcripción bloqueando el canal de salida de ARN de la ARN polimerasa (RNAP) e impidiendo la formación de horquilla de ARN en el terminador intrínseco. Además, la proteína 7 del bacteriófago inhibe los movimientos de sujeción de RNAP. [8] El acortamiento de la semi-hélice C-terminal del RNAP disminuye ligeramente la actividad inhibidora. Estos movimientos de sujeción de RNAP han sido dirigidos por algunos otros inhibidores de RNAP bacteriano. Estos inhibidores incluyen myxopyronin, corallopyronin y ripostatin. Estos funcionan inhibiendo la isomerización. [8]
En procariotas: Archaea vs Eubacteria
La transcripción de arqueas comparte lazos eucariotas y procariotas. Con los eucariotas, comparte similitudes con sus factores de iniciación que ayudan a la transcripción a identificar secuencias apropiadas, como los homólogos de la caja TATA [9] , así como los factores que mantienen el alargamiento de la transcripción. Sin embargo, se necesitan factores de transcripción adicionales similares a los que se encuentran en los procariotas para que ocurra todo el proceso.
En términos de terminación de la transcripción, el genoma de la arquea es único porque es sensible tanto a la terminación intrínseca como a la terminación dependiente del factor. El análisis bioinformático ha demostrado que aproximadamente la mitad de los genes y operones en Archaea se organizan en señales o contienen señales de terminación intrínseca. [10] La ARN polimerasa de Archaeal responde a señales intrínsecas tanto in vivo como in vitro, como las regiones poli-U-Rich. Sin embargo, a diferencia de la terminación intrínseca procariota típica, no se necesita una estructura de ARN específica ni una horquilla. El entorno circundante y otros factores del genoma aún pueden influir en la terminación. [10]
Se han realizado estudios experimentales sobre Thermococcus Kodakarensis , una arquea que se encuentra en las fuentes termales y respiraderos de gas de Japón. Para esta especie, se descubrió un factor de terminación euriarqueal universal llamado Eta. Es importante señalar que este factor no es un homólogo del factor de terminación bacteriana Rho. [10] Cuando Eta actúa sobre una transcripción específica, interactúa con la ARN polimerasa, así como con las secuencias de ADN corriente arriba en la hebra molde. [10] Para la terminación intrínseca en T. Kodakarensis, los estudios han demostrado que otras características estructurales intrínsecas además de los bucles en horquilla pueden conducir a la terminación. Estas características incluyen la presencia cadena arriba de una secuencia de nucleótidos oligo-T (aproximadamente 7-8 nucleótidos T son suficientes) así como secuencias terminadoras intergénicas específicas con uno a tres tractos oligo T cadena arriba. [9] Durante estos estudios, la presencia de estas características estructurales condujo a una reducción de más del 90% en la expresión del gen informador. Las secuencias intergénicas se identificaron utilizando el algoritmo GeSTer, que predice y ordena la eficiencia de los terminadores intrínsecos. Experimentos adicionales demostraron que las secuencias intergénicas que llevan pequeñas mutaciones inducidas mostraron una expresión reducida similar a las secuencias intergénicas de tipo salvaje. Este hallazgo demostró que la expresión reducida debido a la terminación no se debía solo al tracto oligo T o la posible formación de una horquilla. [9]
Ver también
- Factor Rho
- WebGeSTer
- Operón trp
Referencias
- ^ a b Farnham, PJ; Platt, T (11 de febrero de 1981). "Terminación independiente de Rho: la simetría de la díada en el ADN hace que la ARN polimerasa se detenga durante la transcripción in vitro" . Investigación de ácidos nucleicos . 9 (3): 563–77. doi : 10.1093 / nar / 9.3.563 . PMC 327222 . PMID 7012794 .
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