Límite de cinco primas

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

Estructura

En eucariotas, la tapa 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 inusual de 5′ a 5′. Esta guanosina se metila en la posición 7 directamente después de ser tapada in vivo por una metiltransferasa. Se conoce como cápsula de 7-metilguanilato, abreviada m⁷G.

En eucariotas multicelulares y algunos virus, existen modificaciones adicionales, incluida la metilación de los grupos 2' hidroxi de los primeros 2 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 metilados en los dos primeros azúcares ribosa, como se muestra a la derecha. La tapa 5' es químicamente similar al extremo 3' de una molécula de ARN (el carbono 5' de la ribosa de la tapa está unido y el 3' no está unido). Esto proporciona una resistencia significativa a las exonucleasas 5 '.

Los ARN nucleares pequeños contienen tapas 5′ únicas. 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 están cubiertos con NAD+, NADH o 3′-desfosfocoenzima A.

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

Proceso de limitación

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, mientras se sintetiza el pre-ARNm naciente.

1. Uno de los grupos terminales de fosfato es eliminado por el RNA triphosphatase, dejando un grupo bisfosfato (es decir, 5′(ppN)[pN]_n);
2. GTP se añade al bisfosfato terminal por mRNA guanylyltransferase, perdiendo un pirofosfato del sustrato GTP en el proceso. Esto resulta en la conexión de 5′–5′ de triphosphate, produciendo 5′(Gp)(ppN)[pN]_n;
3. El 7 nitrógeno de guanina es metilizado por mRNA (guanine-N7-)-metilransferasa, con S-adenosyl-L-metionina siendo demetilada para producir S-adenosyl-L-homocysteine, resultando en 5 "(m7Gp)(ppN)[pN]_n (cap-0);
4. Las modificaciones cap-adyacentes pueden ocurrir, normalmente a los nucleótidos primero y segundo, produciendo hasta 5 "(m7Gp)(ppN*)(pN*)[pN]_n (cap-1 y cap-2);
5. Si el nucleótido cap-adjacent más cercano es 2′-O-ribose metil-adenosina (es decir, 5′(m7Gp)(ppAm)[pN]_n), puede ser más metilado en la posición de metilo N6 para formar N6-methyladenosina, dando como resultado 5′(m7Gp)(ppm6Am)[pN]_n.

El mecanismo de protección con NAD⁺, NADH o 3′-desfosfo-coenzima A es diferente. La protección con NAD⁺, NADH o 3′-desfosfo-coenzima A se logra mediante un "mecanismo de protección ab initio", dijo. en el que NAD⁺, NADH o 3′-desfosfo-coenzima A sirve como "nucleótido iniciador no canónico" (NCIN) para el inicio de la transcripción mediante 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 limitación ab initio".

Segmentación

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′ del nuevo transcrito emerge de la ARN polimerasa II, la CEC lleva a cabo el proceso de protección (este tipo de mecanismo garantiza la protección, como ocurre con la poliadenilación). Las enzimas para la protección solo pueden unirse a la ARN polimerasa II, lo que garantiza la especificidad únicamente para estas transcripciones, que son casi en su totalidad ARNm.

La secuencia promotora apunta a la protección con NAD⁺, NADH o 3′-desfosfocoenzima A. La protección con NAD+, NADH o 3′-desfosfocoenzima A ocurre solo en promotores que tienen ciertas secuencias en el sitio de inicio de la transcripción e inmediatamente aguas arriba del mismo 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 exonucleases;
3. Promoción de la traducción (véase el ribososome y la traducción);
4. Promoción de 5′ escisión proximal del intrón.

La exportación nuclear de ARN está regulada por el complejo de unión de cápsula (CBC), que se une exclusivamente al ARN cubierto con 7-metilguanilato. Luego, el complejo de poros nucleares reconoce el CBC y lo 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 recubrimiento con 7-metilguanilato previene la degradación de 5′ de dos maneras. En primer lugar, se evita la degradación del ARNm por las exonucleasas 5' (como se mencionó anteriormente) al parecerse funcionalmente a un extremo 3'. En segundo lugar, el CBC y el eIF4E/eIF4G bloquean el acceso de las enzimas decapantes a la tapa. Esto aumenta la vida media del ARNm, esencial en los eucariotas ya que los procesos de exportación y traducción toman un tiempo considerable.

La decapación de un ARNm cubierto con 7-metilguanilato es catalizada por el complejo de decapación formado por al menos Dcp1 y Dcp2, que debe competir con eIF4E para unirse a la cubierta. Por lo tanto, la tapa de 7-metilguanilato es un marcador de un ARNm que se traduce activamente y las células lo utilizan para regular la vida media del ARNm en respuesta a nuevos estímulos. Los ARNm indeseables se envían a cuerpos P para su almacenamiento temporal o decapado, 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.