Un sitio de unión al ribosoma , o sitio de unión al ribosoma ( RBS ), es una secuencia de nucleótidos corriente arriba del codón de inicio de una transcripción de ARNm que es responsable del reclutamiento de un ribosoma durante el inicio de la traducción . En su mayoría, RBS se refiere a secuencias bacterianas, aunque se han descrito sitios de entrada de ribosomas internos (IRES) en ARNm de células eucariotas o virus que infectan eucariotas . El reclutamiento de ribosomas en eucariotas está mediado generalmente por la tapa 5 ' presente en los ARNm de eucariotas.
Procariotas
El RBS en procariotas es una región cadena arriba del codón de inicio. Esta región del ARNm tiene el consenso 5'-AGGAGG-3 ', también llamado secuencia Shine-Dalgarno (SD). [1] La secuencia complementaria (CCUCCU), llamada anti-Shine-Dalgarno (ASD) está contenida en el extremo 3 'de la región 16S de la subunidad ribosómica más pequeña (30S). Al encontrar la secuencia de Shine-Dalgarno, la ASD de la base del ribosoma se empareja con ella, después de lo cual se inicia la traducción. [2] [3]
Se han encontrado variaciones de la secuencia 5'-AGGAGG-3 'en Archaea como regiones 5'-GGTG-3' altamente conservadas, 5 pares de bases corriente arriba del sitio de inicio. Además, algunas regiones de iniciación bacteriana, como rpsA en E. coli, carecen por completo de secuencias SD identificables. [4]
Efecto en la tasa de iniciación de la traducción
Los ribosomas procarióticos comienzan la traducción de la transcripción del ARNm mientras el ADN aún se está transcribiendo. Por tanto, la traducción y la transcripción son procesos paralelos. Los ARNm bacterianos suelen ser policistrónicos y contienen múltiples sitios de unión a ribosomas. El inicio de la traducción es el paso más regulado de la síntesis de proteínas en procariotas. [5]
La tasa de traducción depende de dos factores:
- la velocidad a la que se recluta un ribosoma en el RBS
- la velocidad a la que un ribosoma reclutado puede iniciar la traducción (es decir, la eficiencia de inicio de la traducción)
La secuencia de RBS afecta a ambos factores.
Factores que afectan la tasa de reclutamiento de ribosomas
La proteína ribosómica S1 se une a secuencias de adenina aguas arriba del RBS. El aumento de la concentración de adenina aguas arriba del RBS aumentará la tasa de reclutamiento de ribosomas. [5]
Factores que afectan la eficiencia del inicio de la traducción
El nivel de complementariedad de la secuencia SD del ARNm con el ASD ribosómico afecta en gran medida la eficacia del inicio de la traducción. Una complementariedad más rica da como resultado una mayor eficiencia de iniciación. [6] Vale la pena señalar que esto solo se mantiene hasta cierto punto: se sabe que tener una complementariedad demasiado rica disminuye paradójicamente la velocidad de traducción, ya que el ribosoma está demasiado unido para avanzar aguas abajo. [6]
La distancia óptima entre el RBS y el codón de inicio es variable; depende de la parte de la secuencia SD codificada en el RBS real y su distancia al sitio de inicio de una secuencia SD consenso. El espaciado óptimo aumenta la velocidad de inicio de la traducción una vez que se ha unido un ribosoma. [6] En un estudio, también se descubrió que la composición de los nucleótidos en la región espaciadora en sí afecta la tasa de inicio de la traducción. [7]
Proteínas de choque térmico
Las estructuras secundarias formadas por el RBS pueden afectar la eficiencia de traducción del ARNm, generalmente inhibiendo la traducción. Estas estructuras secundarias están formadas por enlaces H de los pares de bases de ARNm y son sensibles a la temperatura. A una temperatura superior a la habitual (~ 42 ° C), la estructura secundaria RBS de las proteínas de choque térmico se deshace, lo que permite que los ribosomas se unan e inicien la traducción. Este mecanismo permite que una celda responda rápidamente a un aumento de temperatura. [5]
Eucariotas
5 'tapa
El reclutamiento de ribosomas en eucariotas ocurre cuando los factores de iniciación eucariotas elF4F y la proteína de unión a poli (A) (PABP) reconocen el ARNm protegido en 5 ' y reclutan el complejo ribosómico 43S en esa ubicación. [8]
El inicio de la traducción ocurre después del reclutamiento del ribosoma, en el codón de inicio (subrayado) que se encuentra dentro de la secuencia consenso de Kozak ACC AUG G. Dado que la secuencia de Kozak en sí no está involucrada en el reclutamiento del ribosoma, no se considera un sitio de unión al ribosoma. [2] [8]
Sitio de entrada de ribosoma interno (IRES)
Se sabe que los ribosomas eucariotas se unen a las transcripciones en un mecanismo diferente al que involucra la tapa 5 ', en una secuencia llamada sitio de entrada del ribosoma interno . Este proceso no depende del conjunto completo de factores de iniciación de la traducción (aunque esto depende del IRES específico) y se encuentra comúnmente en la traducción de ARNm viral. [9]
Anotación genética
La identificación de RBS se usa para determinar el sitio de inicio de la traducción en una secuencia no anotada. Esto se conoce como predicción N-terminal. Esto es especialmente útil cuando se sitúan múltiples codones de inicio alrededor del sitio de inicio potencial de la secuencia codificante de la proteína. [10] [11]
La identificación de los RBS es particularmente difícil, porque tienden a estar muy degenerados. [12] Un enfoque para identificar RBS en E. coli es el uso de redes neuronales . [13] Otro enfoque es utilizar el método de muestreo de Gibbs . [10]
Historia
La secuencia de Shine-Dalgarno, del procariota RBS, fue descubierta por John Shine y Lynne Dalgarno en 1975. [1] [14] La secuencia de consenso de Kozak fue identificada por primera vez por Marilyn Kozak en 1984 [15] mientras estaba en el Departamento de Ciencias Biológicas en la Universidad de Pittsburgh . [dieciséis]
Ver también
- Sitio de unión del ribosoma del operón alfa
- Traducción eucariota
- Traducción bacteriana
- Traducción Archaeal
- Predicción de genes
Referencias
- ^ a b Shine, J .; Dalgarno, L. (6 de marzo de 1975). "Determinante de la especificidad del cistrón en los ribosomas bacterianos". Naturaleza . 254 (5495): 34–38. Código Bibliográfico : 1975Natur.254 ... 34S . doi : 10.1038 / 254034a0 . PMID 803646 .
- ^ a b "Requisitos de secuencia del sitio de unión ribosomal" . www.thermofisher.com . Consultado el 16 de octubre de 2015 .
- ^ "Ayuda: sitio de unión de ribosomas - parts.igem.org" . parts.igem.org . Consultado el 16 de octubre de 2015 .
- ^ Omotajo, Damilola; Tate, Travis; Cho, Hyuk; Choudhary, Madhusudan (14 de agosto de 2015). "Distribución y diversidad de sitios de unión de ribosomas en genomas procarióticos" . BMC Genomics . 16 (1): 604. doi : 10.1186 / s12864-015-1808-6 . ISSN 1471-2164 . PMC 4535381 . PMID 26268350 .
- ^ a b c Laursen, Brian Søgaard; Sørensen, Hans Peter; Mortensen, Kim Kusk; Sperling-Petersen, Hans Uffe (1 de marzo de 2005). "Iniciación de la síntesis de proteínas en bacterias" . Revisiones de Microbiología y Biología Molecular . 69 (1): 101-123. doi : 10.1128 / MMBR.69.1.101-123.2005 . ISSN 1092-2172 . PMC 1082788 . PMID 15755955 .
- ^ a b c De Boer, Herman A .; Hui, Anna S. (1 de enero de 1990). "[9] Secuencias dentro del sitio de unión del ribosoma que afectan la traducibilidad del ARN mensajero y el método para dirigir los ribosomas a especies de ARN mensajero único". En Enzymology, BT - Methods in (ed.). Tecnología de expresión genética . Tecnología de expresión genética. 185 . Prensa académica. págs. 103-114. doi : 10.1016 / 0076-6879 (90) 85011-C . ISBN 9780121820862. PMID 2199771 .
- ^ Stormo, Gary D .; Schneider, Thomas D .; Gold, Larry M. (11 de mayo de 1982). "Caracterización de los sitios de iniciación de la traducción en E. coli" . Investigación de ácidos nucleicos . 10 (9): 2971–2996. doi : 10.1093 / nar / 10.9.2971 . ISSN 0305-1048 . PMC 320669 . PMID 7048258 .
- ^ a b Hellen, Christopher UT; Sarnow, Peter (1 de julio de 2001). "Sitios de entrada de ribosomas internos en moléculas de ARNm eucariotas" . Genes y desarrollo . 15 (13): 1593-1612. doi : 10.1101 / gad.891101 . ISSN 0890-9369 . PMID 11445534 .
- ^ Pisarev, Andrey V .; Shirokikh, Nikolay E .; Hellen, Christopher UT (2005). "Inicio de la traducción por unión independiente del factor de ribosomas eucariotas a sitios de entrada ribosomal internos". Comptes Rendus Biologies . 328 (7): 589–605. doi : 10.1016 / j.crvi.2005.02.004 . PMID 15992743 .
- ^ a b Hayes, William S .; Borodovsky, Mark (1998). "Derivación de modelos estadísticos del sitio de unión ribosomal (RBS) a partir de secuencias de ADN no anotadas y el uso del modelo RBS para la predicción N-terminal" (PDF) . Simposio del Pacífico sobre Biocomputación . 3 : 279–290.
- ^ Noguchi, Hideki; Taniguchi, Takeaki; Itoh, Takehiko (1 de diciembre de 2008). "MetaGeneAnnotator: detección de patrones específicos de especies de sitio de unión ribosomal para la predicción génica precisa en genomas de fagos y procariotas anónimos" . Investigación de ADN . 15 (6): 387–396. doi : 10.1093 / dnares / dsn027 . ISSN 1340-2838 . PMC 2608843 . PMID 18940874 .
- ^ Oliveira, Márcio Ferreira da Silva; Mendes, Daniele Quintella; Ferrari, Luciana Itida; Vasconcelos, Ana Tereza Ribeiro (2004). "Reconocimiento del sitio de unión del ribosoma mediante redes neuronales" . Genética y Biología Molecular . 27 (4): 644–650. doi : 10.1590 / S1415-47572004000400028 . ISSN 1415-4757 .
- ^ Stormo, Gary D. (1 de enero de 2000). "Sitios de unión al ADN: representación y descubrimiento" . Bioinformática . 16 (1): 16–23. doi : 10.1093 / bioinformatics / 16.1.16 . ISSN 1367-4803 . PMID 10812473 .
- ^ "Prof John Shine - Instituto Garvan de Investigación Médica" . www.garvan.org.au . Consultado el 10 de noviembre de 2015 .
- ^ Kozak, Marilyn (25 de enero de 1984). "Compilación y análisis de secuencias aguas arriba del sitio de inicio de la traducción en ARNm eucariotas" . Investigación de ácidos nucleicos . 12 (2): 857–872. doi : 10.1093 / nar / 12.2.857 . ISSN 0305-1048 . PMC 318541 . PMID 6694911 .
- ^ "Investigación: Top 10 mujeres científicas de los años 80: Marcando la diferencia | The Scientist Magazine®" . El científico . Consultado el 10 de noviembre de 2015 .