Empalceosoma
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Un espliceosoma es un gran complejo de ribonucleoproteína (RNP) que se encuentra principalmente dentro del núcleo de las células eucariotas . El espliceosoma se ensambla a partir de ARN nucleares pequeños ( snRNA ) y numerosas proteínas (las moléculas de ARN nuclear pequeño (snRNA) se unen a proteínas específicas para formar un complejo de ribonucleoproteína nuclear pequeño (snRNP, pronunciado "snurps"), que a su vez se combina con otros snRNP para forman un gran complejo de ribonucleoproteínas llamado espliceosoma) . El espliceosoma elimina los intrones de un pre-ARNm transcrito , un tipo de transcripción primaria . Este proceso generalmente se conoce como empalme. [1] Una analogía es un editor de películas, que selecciona selectivamente material irrelevante o incorrecto (equivalente a los intrones ) de la película inicial y envía la versión limpia al director para el corte final.

Sin embargo, a veces el ARN dentro del intrón actúa como una ribozima, empalmándose sin el uso de un espliceosoma o enzimas proteicas.

Ciclo de empalme splicosomal

Historia

Ver también: Empalme (genética)

En 1977, el trabajo de los laboratorios de Sharp y Roberts reveló que los genes de organismos superiores están "divididos" o presentes en varios segmentos distintos a lo largo de la molécula de ADN. [2] [3] Las regiones codificantes del gen están separadas por ADN no codificante que no participa en la expresión de proteínas. La estructura del gen dividido se encontró cuando los ARNm de adenovirus se hibridaron con fragmentos de escisión de endonucleasas de ADN viral monocatenario. [2] Se observó que los mRNA de los híbridos mRNA-DNA contenían 5 ' y 3'colas de regiones sin enlaces de hidrógeno. Cuando se utilizaron fragmentos más grandes de ADN vírico, se observaron estructuras bifurcadas de ADN en bucle cuando se hibridaron con los ARNm virales. Se descubrió que las regiones en bucle, los intrones , se escinden de los ARNm precursores en un proceso que Sharp denominó "empalme". Posteriormente se descubrió que la estructura del gen dividido era común a la mayoría de los genes eucariotas . Phillip Sharp y Richard J. Roberts recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1993 por el descubrimiento de intrones y el proceso de empalme.

Composición

Cada espliceosoma está compuesto por cinco pequeños ARN nucleares (snRNA) y una variedad de factores proteicos asociados. Cuando estos pequeños RNAs se combinan con los factores proteicos, hacen que los complejos de ARN-proteína llamados snRNPs ( s alameda n uclear r IBO n ucleo p roteins, pronunciado "snurps"). Los snRNA que componen el espliceosoma principal se denominan U1 , U2 , U4 , U5 y U6 , así llamados porque son ricos en uridina y participan en varias interacciones ARN-ARN y ARN-proteína. [1]

El ensamblaje del espliceosoma ocurre en cada pre-ARNm (también conocido como ARN nuclear heterogéneo, ARN-hn) en cada unión exón: intrón. Los intrones de pre-ARNm contienen elementos de secuencia específicos que se reconocen y utilizan durante el ensamblaje del espliceosoma. Estos incluyen el sitio de empalme del extremo 5 ', la secuencia del punto de ramificación, el tracto de polipirimidina y el sitio de empalme del extremo 3'. El espliceosoma cataliza la eliminación de intrones y la ligadura de los exones flanqueantes.

Los intrones tienen típicamente una secuencia de nucleótidos GU en el sitio de corte y empalme del extremo 5 'y una AG en el sitio de corte y empalme del extremo 3'. El sitio de empalme 3 'se puede definir más a fondo mediante una longitud variable de polipirimidinas, llamado tracto de polipirimidina (PPT), que cumple la doble función de reclutar factores para el sitio de empalme 3' y posiblemente factores de reclutamiento para la secuencia de puntos de ramificación (BPS) . El BPS contiene la adenosina conservada necesaria para el primer paso del empalme.

Muchas proteínas exhiben un motivo de unión al zinc, lo que subraya la importancia del zinc en el mecanismo de empalme. [4] [5] [6] La primera reconstrucción de resolución molecular del complejo de ribonucleoproteína nuclear pequeña triple U4 / U6.U5 (tri-snRNP) se informó en 2016. [7]

Figura 1. Arriba están los campos de microscopía electrónica [8] de tri-snRNP de levadura ( Saccharomyces cerevisiae ) teñidos negativamente . Abajo a la izquierda se muestra una ilustración esquemática de la interacción de las proteínas tri-snRNP con el dúplex de snRNA U4 / U6. Abajo a la derecha se muestra un modelo de dibujos animados de la levadura tri-snRNP con áreas sombreadas correspondientes a U5 (gris), U4 / U6 (naranja) y la región enlazadora (amarilla).

Shi et al han aplicado ampliamente Cryo-EM para dilucidar la estructura atómica / cercana del espliceosoma tanto en levaduras [9] como en humanos. [10] El marco molecular del espliceosoma a una resolución casi atómica demuestra que el componente Spp42 de U5 snRNP forma un andamio central y ancla el centro catalítico en la levadura. La estructura atómica del espliceosoma humano ilustra que el componente del paso II Slu7 adopta una estructura extendida, preparada para la selección del sitio de empalme 3 '. Los cinco metales (asignados como Mg2 +) en el complejo de levadura se conservan en el complejo humano.

Splicing alternativo

Artículo principal: Empalme alternativo

El empalme alternativo (la recombinación de diferentes exones ) es una fuente importante de diversidad genética en eucariotas. Se han utilizado variantes de empalme para dar cuenta del número relativamente pequeño de genes que codifican proteínas en el genoma humano , estimado actualmente en alrededor de 20.000. Se ha especulado que un gen de Drosophila en particular , Dscam , se empalma alternativamente en 38.000 ARNm diferentes , asumiendo que todos sus exones pueden empalmarse independientemente entre sí. [11]

Montaje

El modelo para la formación del sitio activo del espliceosoma implica un ensamblaje escalonado ordenado de partículas de snRNP discretas en el sustrato de pre-ARNm. El primer reconocimiento de pre-mRNAs implica la unión de snRNP de U1 al sitio de corte y empalme del extremo 5 'del pre-mRNA y otros factores no asociados a snRNP para formar el complejo de compromiso, o complejo temprano (E) en mamíferos. [12] [13] El complejo de compromiso es un complejo independiente de ATP que compromete el pre-ARNm en la vía de empalme. [14] U2 snRNP se recluta en la región de la rama a través de interacciones con el componente del complejo E U2AF.(Factor auxiliar U2 snRNP) y posiblemente U1 snRNP. En una reacción dependiente de ATP, U2 snRNP se asocia estrechamente con la secuencia de puntos de ramificación (BPS) para formar el complejo A. Un dúplex formado entre U2 snRNP y la región de ramificación de pre-mRNA sobresale por la ramificación de adenosina especificándola como el nucleófilo de la primera transesterificación. [15]

La presencia de un residuo de pseudouridina en U2 snRNA, casi opuesto al sitio de ramificación, da como resultado una conformación alterada del dúplex RNA-RNA tras la unión de U2 snRNP. Específicamente, la estructura alterada del dúplex inducida por la pseudouridina coloca el 2 'OH de la adenosina abultada en una posición favorable para el primer paso del empalme. [16] El tri-snRNP U4 / U5 / U6 (ver Figura 1) se recluta en el ensamblaje del espliceosoma para formar el complejo B y, después de varias reordenaciones, el complejo C se activa para la catálisis. [17] [18] No está claro cómo se recluta el tri-snRNP en el complejo A, pero este proceso puede estar mediado por interacciones proteína-proteína y / o interacciones de emparejamiento de bases entre U2 snRNA y U6 snRNA.

El snRNP de U5 interactúa con secuencias en los sitios de empalme 5 'y 3' a través del bucle invariante de ARNpn de U5 [19] y los componentes de la proteína U5 interactúan con la región del sitio de empalme 3 '. [20]

Tras el reclutamiento del tri-snRNP, varios reordenamientos de ARN-ARN preceden al primer paso catalítico y se producen otros reordenamientos en el espliceosoma catalíticamente activo. Varias de las interacciones ARN-ARN son mutuamente excluyentes; sin embargo, no se sabe qué desencadena estas interacciones ni el orden de estos reordenamientos. El primer reordenamiento es probablemente el desplazamiento de U1 snRNP del sitio de empalme 5 'y la formación de una interacción U6 snRNA. Se sabe que U1 snRNP sólo está débilmente asociado con espliceosomas completamente formados, [21] y U1 snRNP inhibe la formación de una interacción del sitio de empalme U6-5 'en un modelo de oligonucleótido sustrato que contiene un exón 5' corto y 5 ' sitio de empalme. [22] La unión de U2 snRNP a la secuencia de puntos de ramificación (BPS) es un ejemplo de una interacción ARN-ARN que desplaza una interacción proteína-ARN. Tras el reclutamiento de U2 snRNP, la proteína de unión de rama SF1 en el complejo de compromiso se desplaza ya que el sitio de unión de U2 snRNA y SF1 son eventos mutuamente excluyentes.

Dentro del ARNrn de U2, hay otros reordenamientos mutuamente excluyentes que ocurren entre conformaciones en competencia. Por ejemplo, en la forma activa, se favorece el bucle de tallo IIa; en la forma inactiva predomina una interacción mutuamente excluyente entre el bucle y una secuencia descendente. [18]No está claro cómo se desplaza U4 del snRNA de U6, aunque el ARN se ha implicado en el ensamblaje del espliceosoma y puede funcionar para desenrollar U4 / U6 y promover la formación de una interacción de snRNA U2 / U6. Las interacciones de los bucles I y II del vástago U4 / U6 se disocian y la región liberada del bucle II del vástago de U6 se pliega sobre sí misma para formar un bucle del vástago intramolecular y U4 ya no es necesario en el ensamblaje de espliceosomas adicional. La región liberada del bucle del tallo I de U6 pares de bases con U2 snRNA formando la hélice U2 / U6 I. Sin embargo, la estructura de la hélice I es mutuamente excluyente con la mitad 3 'de una región interna 5' del bucle del tallo del snRNA U2.

Espliceosoma menor

Ver también: espliceosoma menor

Algunos eucariotas tienen un segundo espliceosoma, el llamado espliceosoma menor . [23] Un grupo de snRNA menos abundantes, U11 , U12 , U4atac y U6atac , junto con U5, son subunidades del espliceosoma menor que empalma una clase rara de intrones pre-mRNA, denominados tipo U12. El espliceosoma menor se encuentra en el núcleo como su contraparte principal, [24] aunque hay excepciones en algunas células especializadas, incluidas las plaquetas anucleadas [25] y el dendroplasma ( citoplasma dendrítico ) de las células neuronales. [26]

Referencias

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  2. ↑ a b Berget SM, Moore C, Sharp PA (agosto de 1977). "Segmentos empalmados en el extremo 5 'del ARNm tardío del adenovirus 2" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 74 (8): 3171–5. Código Bibliográfico : 1977PNAS ... 74.3171B . doi : 10.1073 / pnas.74.8.3171 . PMC 431482 . PMID 269380 .  
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Otras lecturas

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  • Nilsen TW (diciembre de 2003). "El espliceosoma: ¿la máquina macromolecular más compleja de la célula?" . BioEssays . 25 (12): 1147–9. doi : 10.1002 / bies.10394 . PMID  14635248 .

enlaces externos

  • Estructuras macromoleculares 3D de spliceosomes del EM Data Bank (EMDB)
  • Spliceosomes en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
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