Proteína de unión a poli (A) - Poly(A)-binding protein
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La proteína de unión a poli (A) ( PAB o PABP ) es una proteína de unión a ARN que desencadena la unión del complejo del factor 4 de iniciación eucariota (eIF4G) directamente a la cola de poli (A) de ARNm que tiene una longitud de 200-250 nucleótidos. La cola de poli (A) se encuentra en el extremo 3 'del ARNm y fue descubierta por Mary Edmonds , quien también caracterizó la enzima polimerasa poli-A que genera la cola de poli (a). La proteína de unión también participa en los precursores de ARNm ayudando a la poliadenilato polimerasa a agregar la cola de poli (A) nucleótido al pre-ARNm antes de la traducción . La isoforma nuclear se une selectivamente a alrededor de 50 nucleótidos y estimula la actividad de la poliadenilato polimerasa aumentando su afinidad por el ARN . La proteína de unión a poli (A) también está presente durante las etapas del metabolismo del ARNm, incluida la desintegración mediada por sinsentidos y el tráfico nucleocitoplasmático. La proteína de unión a poli (A) también puede proteger la cola de la degradación y regular la producción de ARNm. Sin estas dos proteínas en tándem, la cola de poli (A) no se agregaría y el ARN se degradaría rápidamente.
Estructura
La proteína de unión poli-A citosólica (PABPC) está formada por cuatro motivos de reconocimiento de ARN (RRM) y una región C-terminal conocida como dominio PABC. RRM es el motivo más común para el reconocimiento de ARN y generalmente se compone de 90-100 aminoácidos . Estudios previos de RMN en solución y cristalografía de rayos X han demostrado que los RRM son dominios globulares , cada uno compuesto por 4 láminas β antiparalelas que están respaldadas por 2 hélices α . Las dos cadenas β centrales, conectadas por un conector corto, de cada RRM forman una superficie en forma de depresión que se cree que es responsable de la unión a los oligonucleótidos poli (A) . El ARN de poliadenilato adopta una conformación extendida a lo largo de la depresión molecular. El reconocimiento de adenina está mediado principalmente por contactos con residuos conservados que se encuentran en los motivos RNP de los dos RRM. Los estudios in vitro han demostrado que las afinidades de unión son del orden de 2-7 nM, mientras que la afinidad por poli (U), poli (G) y poli (C) fue, según se informa, menor o indetectable en comparación. Esto muestra que la proteína de unión a poli (A) es específica de los oligonucleótidos poli (A) y no de otros. Dado que las dos cadenas β centrales se utilizan para la unión de poli (A) oligonucleótidos, la otra cara de la proteína está libre para interacciones proteína-proteína.
El dominio PABC tiene aproximadamente 75 aminoácidos y consta de 4 o 5 α-hélices dependiendo del organismo: las PABC humanas tienen 5, mientras que se ha observado que las levaduras tienen 4. Este dominio no contacta con el ARN y, en cambio, reconoce 15 residuos. secuencias que forman parte del motivo de interacción PABP (PAM-2) que se encuentra en proteínas tales como el factor de terminación de la traducción eucariota (eRF3) y las proteínas 1 y 2 que interactúan con PABP (PAIP 1, PAIP2).
La estructura de la proteína de unión a poli (A) humana que se encuentra en el núcleo (PABPN1) aún no se ha determinado bien, pero se ha demostrado que contiene un solo dominio RRM y un dominio carboxi terminal rico en arginina . Se cree que son estructural y funcionalmente diferentes de las proteínas de unión a poli-A que se encuentran en el citosol .
Expresión y vinculación
La expresión de la proteína de unión a poli (A) de mamífero está regulada a nivel de traducción por un mecanismo de retroalimentación: el ARNm que codifica PABP contiene en su UTR 5 ' una secuencia rica en A que se une a la proteína de unión a poli (A). Esto conduce a la represión autorreguladora de la traducción de PABP.
La isoforma citosólica de la proteína de unión a poli (A) eucariota se une al factor de iniciación eIF4G a través de su dominio C-terminal. eIF4G es un componente del complejo eIF4F , que contiene eIF4E , otro factor de iniciación unido a la tapa 5 ' en el extremo 5' del ARNm. Esta unión forma la estructura de bucle característica de la síntesis de proteínas eucariotas . Las proteínas de unión a poli (A) en el citosol compiten por los sitios de unión de eIF4G. Esta interacción mejora tanto la afinidad de eIF4E por la estructura de la tapa como de PABP1 por poli (A), bloqueando eficazmente las proteínas en ambos extremos del ARNm. Como resultado, esta asociación puede ser la base en parte de la capacidad de PABP1 para promover el reclutamiento de subunidades ribosómicas pequeñas (40S), que es ayudado por la interacción entre eIF4G y eIF3 . También se ha demostrado que la proteína de unión a poli (A) interactúa con un factor de terminación ( eRF3 ). La interacción eRF3 / PABP1 puede promover el reciclaje de los ribosomas terminales desde el extremo 3 'al 5', facilitando múltiples rondas de iniciación en un ARNm. Alternativamente, puede vincular la traducción a la desintegración del ARNm, ya que el eRF3 parece interferir con la capacidad de PABP1 de multimerizarse / formarse en poli (A), lo que potencialmente conduce a la disociación, desadenilación y, en última instancia, recambio de PABP1 .
Rotavirus NSP3
La proteína de unión a ARN de rotavirus NSP3 interactúa con eIF4GI y expulsa la proteína de unión poli (A) de eIF4F . NSP3A, al tomar el lugar de PABP en eIF4GI , es responsable del cierre de la síntesis de proteínas celulares. Los ARNm de rotavirus terminan un motivo GACC 3 'que es reconocido por la proteína viral NSP3. Esta es la ubicación donde NSP3 compite con la proteína de unión a poli (A) por la unión de eIF4G.
Una vez que se produce la infección por rotavirus, los ARNm de cola de GACC viral se traducen, mientras que el ARNm de cola de poli (A) se ve gravemente afectado. En las células infectadas, ha habido grandes magnitudes tanto de inducción de traducción (ARNm de cola GACC) como de reducción (ARNm de cola poli (A)), ambas dependientes de la cepa de rotavirus. Estos datos sugieren que NSP3 es un sustituto de la traducción del complejo PABP-poli (A); por lo tanto, no puede ser responsable por sí mismo de inhibir la traducción de ARNm con cola poli (A) del hospedador tras la infección por rotavirus.
El PABP-C1 expulsado de eIF4G por NSP3 se acumula en el núcleo de las células infectadas por rotavirus. Este proceso de desalojo requiere rotavirus NSP3, eIF4G y RoXaN . Para comprender mejor la interacción, el modelado del complejo NSP3-RoXaN demuestra que las mutaciones en NSP3 interrumpen este complejo sin comprometer la interacción NSP3 con eIF4G. La localización nuclear de PABP-C1 depende de la capacidad de NSP3 para interactuar con eIF4G y también requiere la interacción de NSP3 con una región específica en RoXaN, el dominio rico en leucina y ácido aspártico (LD). RoXaN se identifica como un socio celular de NSP3 involucrado en la localización nucleocitoplasmática de PABP-C1.
Enfermedades asociadas
OPMD
La distrofia muscular oculofaríngea (OPMD) es una afección genética que ocurre en la edad adulta, a menudo después de los 40 años. Este trastorno generalmente conduce a músculos faciales más débiles que a menudo se muestran como caída progresiva del párpado, dificultad para tragar y debilidad de los músculos proximales de las extremidades, como piernas y caderas débiles. músculos. Las personas con este trastorno a menudo se ven obstaculizadas hasta el punto de tener que usar un bastón para caminar. La OPMD se ha informado en aproximadamente 29 países y el número de afectados varía ampliamente según la población específica. La enfermedad se puede heredar como un rasgo autosómico dominante o recesivo .
Mutaciones
Las mutaciones de la proteína de unión a poli (A) nuclear 1 (PABPN1) pueden causar OPMD (distrofia muscular oculofaríngea). Lo que hace que la proteína PABPN1 sea tan diferente de todos los demás genes con tractos de polialanina expandidos que causan enfermedades es que no es un factor de transcripción . En cambio, PABPN1 participa en la poliadenilación de precursores de ARNm .
Las mutaciones en PABPN1 que causan este trastorno se producen cuando la proteína tiene un tracto de polialanina extendido (12-17 alaninas de largo frente a la cantidad esperada de 10). Las alaninas adicionales hacen que PABPN1 se agregue y forme grupos dentro de los músculos porque no se pueden descomponer. Se cree que estos grupos interrumpen la función normal de las células musculares, lo que eventualmente conduce a la muerte celular. Esta pérdida progresiva de células musculares probablemente causa la debilidad en los músculos que se observa en pacientes con OPMD. Aún no se sabe por qué este trastorno solo afecta a ciertos músculos como la parte superior de la pierna y la cadera. En estudios recientes sobre OPMD en Drosophila , se ha demostrado que la degeneración de los músculos dentro de los afectados puede no deberse únicamente al tracto expandido de polialanina. En realidad, puede deberse al dominio de unión al ARN y su función de unión.
Estudios
Hasta noviembre de 2015, se ha dedicado mucho esfuerzo a la investigación de OPMD y cómo se podría tratar. Se ha sugerido el trasplante de mioblastos y, de hecho, se encuentra en ensayos clínicos en Francia. Esto se hace tomando mioblastos de una célula muscular normal y colocándolos en los músculos faríngeos y permitiendo que se desarrollen para ayudar a formar nuevas células musculares. También se han realizado pruebas de compuestos, ya sean existentes o desarrollados, para ver si pueden combatir la OPMD y sus síntomas. La trehalosa es una forma especial de azúcar que ha mostrado una formación de agregados reducida y una patología retardada en el modelo de ratón de OPMD. La doxiciclina también desempeñó un papel similar en el retraso de la toxicidad de OPMD en modelos de ratón, probablemente debido a la detención de la formación de agregados y la reducción de la apoptosis . En la actualidad, se están investigando muchos otros compuestos y métodos que han tenido cierto éxito en los ensayos clínicos, lo que genera optimismo en la curación de esta enfermedad.
Genes
Múltiples genes humanos codifican diferentes isoformas de proteínas y parálogos de PABP, incluidos PABPN1 , PABPC1 , PABPC3 , PABPC4 , PABPC5 .