ARN nuclear pequeño

El ARN nuclear pequeño (ARNnp) es una clase de moléculas de ARN pequeñas que se encuentran dentro de las motas de empalme y los cuerpos de Cajal del núcleo celular en las células eucariotas. La longitud promedio de un ARNnp es de aproximadamente 150 nucleótidos. Se transcriben mediante la ARN polimerasa II o la ARN polimerasa III. Su función principal es el procesamiento del ARN premensajero (ARNhn) en el núcleo. También se ha demostrado que ayudan en la regulación de los factores de transcripción (ARN 7SK) o la ARN polimerasa II (ARN B2) y en el mantenimiento de los telómeros.

Los snRNA siempre están asociados a un conjunto de proteínas específicas, y los complejos se denominan ribonucleoproteínas nucleares pequeñas (snRNP, que a menudo se pronuncia "snurps"). Cada partícula snRNP está compuesta por un componente snRNA y varias proteínas específicas de snRNP (incluidas las proteínas Sm, una familia de proteínas nucleares). Los componentes snRNA humanos más comunes de estos complejos se conocen, respectivamente, como: ARN espliceosómico U1, ARN espliceosómico U2, ARN espliceosómico U4, ARN espliceosómico U5 y ARN espliceosómico U6. Su nomenclatura deriva de su alto contenido de uridina.

Los ARNsn fueron descubiertos por accidente durante un experimento de electroforesis en gel en 1966. Se encontró un tipo inesperado de ARN en el gel y se investigó. Análisis posteriores demostraron que estos ARN tenían un alto contenido de uridilato y se habían establecido en el núcleo.

Los snRNA y los pequeños ARN nucleolares (snoRNA) no son lo mismo y ninguno es un subtipo del otro. Ambos son diferentes y son una clase dentro de los pequeños ARN. Se trata de pequeñas moléculas de ARN que desempeñan un papel esencial en la biogénesis del ARN y guían las modificaciones químicas de los ARN ribosómicos (rRNA) y otros genes de ARN (tRNA y snRNA). Se encuentran en el nucléolo y los cuerpos de Cajal de las células eucariotas (los principales sitios de síntesis de ARN), donde se denominan scaRNA (small Cajal body-specific RNAs).

Los ARNsn suelen dividirse en dos clases en función de las características de secuencia comunes y de los factores proteicos asociados, como las proteínas LSm que se unen al ARN.

La primera clase, conocida como snRNA de clase Sm, es la más estudiada y está formada por U1, U2, U4, U4atac, U5, U7, U11 y U12. Los snRNA de clase Sm son transcritos por la ARN polimerasa II. Los pre-snRNA se transcriben y reciben la habitual tapa de 7-metilguanosina cinco-prima en el núcleo. Luego se exportan al citoplasma a través de poros nucleares para su posterior procesamiento. En el citoplasma, los snRNA reciben un recorte 3' para formar una estructura de tallo-bucle 3', así como una hipermetilación de la tapa 5' para formar trimetilguanosina. La estructura de tallo 3' es necesaria para el reconocimiento por parte de la proteína de supervivencia de la neurona motora (SMN). Este complejo ensambla el snRNA en ribonucleoproteínas estables (RNP). La tapa 5′ modificada es necesaria para importar el snRNP de vuelta al núcleo. Todos estos snRNA ricos en uridina, con excepción del U7, forman el núcleo del espliceosoma. El empalme, o la eliminación de intrones, es un aspecto importante de la modificación postranscripcional y tiene lugar solo en el núcleo de los eucariotas. Se ha descubierto que el snRNA U7 funciona en el procesamiento del pre-ARNm de las histonas.

La segunda clase, conocida como ARNpn de clase Lsm, consta de U6 y U6atac. Los ARNpn de clase Lsm son transcritos por la ARN polimerasa III y nunca abandonan el núcleo, a diferencia del ARNpn de clase Sm. Los ARNpn de clase Lsm contienen una tapa de 5′-γ-monometilfosfato y un tallo-bucle de 3′, que termina en un tramo de uridinas que forman el sitio de unión para un anillo heteroheptamérico distintivo de proteínas Lsm.

Los espliceosomas catalizan el empalme, un paso integral en la maduración del ARN mensajero precursor eucariota. Un error de empalme incluso en un solo nucleótido puede ser devastador para la célula, y es necesario un método confiable y repetible de procesamiento del ARN para asegurar la supervivencia celular. El espliceosoma es un gran complejo proteína-ARN que consta de cinco ARN nucleares pequeños (U1, U2, U4, U5 y U6) y más de 150 proteínas. Los ARNpn, junto con sus proteínas asociadas, forman complejos de ribonucleoproteína (snRNP), que se unen a secuencias específicas en el sustrato de pre-ARNm. Este intrincado proceso da como resultado dos reacciones de transesterificación secuenciales. Estas reacciones producirán un intrón libre y ligarán dos exones para formar un ARNm maduro. Hay dos clases separadas de espliceosomas. La clase principal, que es mucho más abundante en las células eucariotas, empalma principalmente intrones de tipo U2. El paso inicial del empalme es la unión del snRNP U1 y sus proteínas asociadas al extremo de empalme 5' del hnRNA. Esto crea el complejo de compromiso que limitará el hnRNA a la vía de empalme. Luego, el snRNP U2 se recluta al sitio de unión del espliceosoma y forma el complejo A, después de lo cual el complejo tri-snRNP U5.U4/U6 se une al complejo A para formar la estructura conocida como complejo B. Después del reordenamiento, se forma el complejo C y el espliceosoma está activo para la catálisis. En el espliceosoma catalíticamente activo, los snRNA U2 y U6 se pliegan para formar una estructura conservada llamada triplex catalítico. Esta estructura coordina dos iones de magnesio que forman el sitio activo del espliceosoma. Este es un ejemplo de catálisis de ARN.

Además de este complejo principal de espliceosomas, existe un espliceosoma menor mucho menos común (~1%). Este complejo comprende los snRNP U11, U12, U4atac, U6atac y U5. Estos snRNP son análogos funcionales de los snRNP utilizados en el espliceosoma mayor. El espliceosoma menor empalma los intrones de tipo U12. Los dos tipos de intrones difieren principalmente en sus sitios de empalme: los intrones de tipo U2 tienen sitios de empalme GT-AG en los extremos 5′ y 3′, mientras que los intrones de tipo U12 tienen AT-AC en sus extremos 5′ y 3′. El espliceosoma menor lleva a cabo su función a través de una vía diferente a la del espliceosoma mayor.

El snRNP U1 es el iniciador de la actividad espliceosómica en la célula mediante el apareamiento de bases con el sitio de empalme 5' del pre-ARNm. En el espliceosoma mayor, los datos experimentales han demostrado que el snRNP U1 está presente en igual estequiometría que los snRNP U2, U4, U5 y U6. Sin embargo, la abundancia del snRNP U1 en las células humanas es mucho mayor que la de los otros snRNP. A través de la eliminación del gen snRNA U1 en células HeLa, los estudios han demostrado que el snRNA U1 tiene gran importancia para la función celular. Cuando se eliminaron los genes snRNA U1, los microarrays genómicos mostraron una mayor acumulación de pre-ARNm sin empalmar. Además, se demostró que la eliminación causa una escisión prematura y poliadenilación principalmente en los intrones ubicados cerca del comienzo de la transcripción. Cuando se eliminaron otros ARNpn basados en uridina, no se observó este efecto. Por lo tanto, se demostró que el apareamiento de bases del ARNpn U1 y el pre-ARNm protegía al pre-ARNm de la poliadenilación y de la escisión prematura. Esta protección especial puede explicar la sobreabundancia del ARNpn U1 en la célula.

A través del estudio de las ribonucleoproteínas nucleares pequeñas (snRNP) y las ribonucleoproteínas nucleolares pequeñas (sno) hemos podido comprender mejor muchas enfermedades importantes.

Atrofia muscular espinal - Las mutaciones en el gen SMN1 (supervivencia de la neurona motora 1) dan lugar a la degeneración de las neuronas motoras espinales y a un grave desgaste muscular. La proteína SMN ensambla las snRNP de clase Sm, y probablemente también las snoRNP y otras RNP. La atrofia muscular espinal afecta a hasta 1 de cada 6.000 personas y es la segunda causa principal de enfermedad neuromuscular, después de la distrofia muscular de Duchenne.

Disqueratosis congénita – Las mutaciones en los snRNP ensamblados también son causa de disqueratosis congénita, un síndrome poco común que se manifiesta por cambios anormales en la piel, las uñas y las mucosas. Algunas de las consecuencias finales de esta enfermedad incluyen insuficiencia de la médula ósea y cáncer. Se ha demostrado que este síndrome surge de mutaciones en múltiples genes, entre ellos la disquerina, el ARN de la telomerasa y la transcriptasa inversa de la telomerasa.

Síndrome de Prader-Willi: este síndrome afecta a una de cada 12.000 personas y se manifiesta con hambre extrema, problemas cognitivos y de conducta, tono muscular deficiente y baja estatura. El síndrome se ha relacionado con la eliminación de una región del cromosoma 15 paterno que no se expresa en el cromosoma materno. Esta región incluye un ARNm específico del cerebro que se dirige al ARNm del receptor de serotonina-2C.

Meduloblastoma: el ARNm secundario U1 está mutado en un subconjunto de estos tumores cerebrales y provoca una alteración en el empalme del ARN. Las mutaciones se producen predominantemente en tumores adultos y se asocian con un mal pronóstico.

En los eucariotas, los ARNsn contienen una cantidad significativa de modificaciones de 2'-O-metilación y pseudouridilaciones. Estas modificaciones están asociadas con la actividad de los ARNsn, que canónicamente modifican los ARNr prematuros, pero se han observado en la modificación de otros ARN diana celulares, como los ARNsn. Finalmente, la oligoadenilación (colas cortas de poli(A)) puede determinar el destino de los ARNsn (que normalmente no tienen colas de poli(A)) y, por lo tanto, inducir su desintegración. Este mecanismo que regula la abundancia de ARNsn está a su vez acoplado a un cambio generalizado del empalme alternativo del ARN.

• MicroRNA

• Small+Nuclear+RNA en la Biblioteca Nacional de Medicina de EE.UU.
• Small+Nucleolar+RNA en la Biblioteca Nacional de Medicina de EE.UU.