Gorra de cinco centavos - Five-prime cap

En biología molecular , la tapa de cinco primos ( tapa 5 ' ) es un nucleótido especialmente alterado en el extremo 5' de algunas transcripciones primarias como el ARN mensajero precursor . Este proceso, conocido como recubrimiento de ARNm , está altamente regulado y es vital en la creación de ARN mensajero estable y maduro capaz de someterse a traducción durante la síntesis de proteínas . El ARNm mitocondrial y el ARNm cloroplástico no están protegidos.

Estructura

Estructura de tapa de 5 ′ (cap-2).
Estructura ribosa que muestra las posiciones de los carbonos 2 ′, 3 ′ y 5 ′.

En eucariotas , el casquete 5 ′ (cap-0), que se encuentra en el extremo 5 ′ de una molécula de ARNm, consiste en un nucleótido de guanina conectado al ARNm a través de un enlace trifosfato de 5 ′ a 5 ′ inusual . Esta guanosina se metila en la posición 7 directamente después de tapar in vivo por una metiltransferasa . Se le conoce como un casquete de 7-metilguanilato , abreviado m 7 G.

En eucariotas multicelulares y algunos virus, existen modificaciones adicionales, incluida la metilación de los grupos hidroxi 2 ' de los 2 primeros azúcares ribosa del extremo 5' del ARNm. cap-1 tiene un grupo 2'-hidroxi metilado en el primer azúcar ribosa, mientras que cap-2 tiene grupos 2'-hidroxi metilado en los dos primeros azúcares ribosa, que se muestran a la derecha. La tapa 5 'es químicamente similar al extremo 3' de una molécula de ARN (el carbono 5 'de la tapa ribosa está unido y el 3' no unido). Esto proporciona una resistencia significativa a las exonucleasas 5 ' .

Los ARN nucleares pequeños contienen casquillos 5 ′ únicos. Los snRNA de clase Sm se encuentran con tapas de 5′-trimetilguanosina, mientras que los snRNA de clase Lsm se encuentran con tapas de 5′-monometilfosfato.

En las bacterias , y potencialmente también en organismos superiores, algunos ARN se tapan con NAD + , NADH , o 3 'dephospho-coenzima A .

En todos los organismos, las moléculas de ARNm se pueden decapar en un proceso conocido como decapitación del ARN mensajero .

Proceso de taponado

El punto de partida para la protección con 7-metilguanilato es el extremo 5 'inalterado de una molécula de ARN, que termina en un grupo trifosfato. Este presenta un nucleótido final seguido de tres grupos fosfato unidos al carbono 5 '. El proceso de protección se inicia antes de que se complete la transcripción, ya que se sintetiza el pre-ARNm naciente.

  1. Uno de los grupos fosfato terminales es eliminado por la ARN trifosfatasa , dejando un grupo bisfosfato (es decir, 5 '(ppN) [pN] n );
  2. La guanililtransferasa de ARNm , la guanililtransferasa , añade GTP al bisfosfato terminal , perdiendo un pirofosfato del sustrato de GTP en el proceso. Esto da como resultado el enlace trifosfato 5′-5 ′, que produce 5 ′ (Gp) (ppN) [pN] n ;
  3. El 7-nitrógeno de la guanina es metilado por mRNA (guanina N 7 -) - metiltransferasa , con S -adenosyl- L -metionina ser desmetilado a los productos S -adenosyl- L : la homocisteína , resultando en 5 '(m7Gp) (PPN) [pN] n (cap-0);
  4. Pueden producirse modificaciones adyacentes a la tapa, normalmente en el primer y segundo nucleótidos, produciendo hasta 5 '(m7Gp) (ppN *) (pN *) [pN] n (cap-1 y cap-2);
  5. Si el nucleótido cap-adyacente más cercano es 2'- O ribosa metil-adenosina (es decir, 5 '(m7Gp) (PDMA) [pN] n ), puede ser metilado aún más en la posición de metilo N6 para formar N 6 -methyladenosine , dando como resultado 5 '(m7Gp) (ppm6Am) [pN] n .

El mecanismo de protección con NAD + , NADH o 3′-desfosfocoenzima A es diferente. El taponamiento con NAD + , NADH o 3′-desfosfo-coenzima A se logra mediante un "mecanismo de taponamiento ab initio", en el que NAD + , NADH o 3′-desfosfo-coenzima A sirve como un "nucleótido iniciador no canónico "(NCIN) para el inicio de la transcripción por la ARN polimerasa y, por lo tanto, se incorpora directamente al producto de ARN. Tanto la ARN polimerasa bacteriana como la ARN polimerasa II eucariota son capaces de llevar a cabo este "mecanismo de protección ab initio".

Orientación

Para la protección con 7-metilguanilato, el complejo enzimático de protección (CEC) se une a la ARN polimerasa II antes de que comience la transcripción. Tan pronto como el extremo 5 'de la nueva transcripción emerge de la ARN polimerasa II, el CEC lleva a cabo el proceso de taponamiento (este tipo de mecanismo asegura el taponamiento, como ocurre con la poliadenilación ). Las enzimas para la protección solo pueden unirse a la ARN polimerasa II , lo que garantiza la especificidad solo para estas transcripciones, que son casi en su totalidad ARNm.

El recubrimiento con NAD + , NADH o 3'-desfosfo-coenzima A es el objetivo de la secuencia promotora . La protección con NAD +, NADH o 3'-defosfo-coenzima A ocurre solo en los promotores que tienen ciertas secuencias en e inmediatamente aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción y, por lo tanto, ocurre solo para los ARN sintetizados a partir de ciertos promotores.

Función

La tapa de 5 ′ tiene cuatro funciones principales:

  1. Regulación de la exportación nuclear;
  2. Prevención de la degradación por exonucleasas ;
  3. Promoción de la traducción (ver ribosoma y traducción );
  4. Promoción de la escisión del intrón proximal 5 '.

La exportación nuclear de ARN está regulada por el complejo de unión cap (CBC), que se une exclusivamente al ARN protegido con 7-metilguanilato. A continuación, el complejo de poros nucleares reconoce el CBC y se exporta. Una vez en el citoplasma después de la ronda pionera de traducción, el CBC es reemplazado por los factores de traducción eIF4E y eIF4G del complejo eIF4F . Este complejo luego es reconocido por otra maquinaria de iniciación de la traducción, incluido el ribosoma.

El taponamiento con 7-metilguanilato evita la degradación de 5 'de dos formas. En primer lugar, se evita la degradación del ARNm por las exonucleasas 5 '(como se mencionó anteriormente) pareciendo funcionalmente un extremo 3'. En segundo lugar, el CBC y eIF4E / eIF4G bloquean el acceso de las enzimas de desencadenamiento a la tapa. Esto aumenta la vida media del ARNm, esencial en eucariotas, ya que los procesos de exportación y traducción toman un tiempo considerable.

El decapitado de un ARNm protegido con 7-metilguanilato es catalizado por el complejo de decaptación formado por al menos Dcp1 y Dcp2, que debe competir con eIF4E para unirse al casquete. Por tanto, el casquete de 7-metilguanilato es un marcador de un ARNm que se traduce activamente y es utilizado por las células para regular la vida media del ARNm en respuesta a nuevos estímulos. Los ARNm indeseables se envían a los cuerpos P para su almacenamiento temporal o descampado, cuyos detalles aún se están resolviendo.

El mecanismo de promoción de la escisión del intrón proximal 5 'no se comprende bien, pero la tapa de 7-metilguanilato parece girar e interactuar con el espliceosoma en el proceso de empalme, promoviendo la escisión del intrón.

Ver también

Referencias

enlaces externos

  • "Tapas de ARN" . Encabezado de tema médico de PubMed (MeSH) . Institutos Nacionales de Salud.