ARN ribosómico - Ribosomal RNA

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ARNr
T thermophilus S cerevisiae H sapiens.png
ARNr de varias especies
Identificadores
Otros datos
Tipo de ARN Gene ; ARNr
Estructuras PDB PDBe


El ácido ribonucleico ribosómico ( ARNr ) es un tipo de ARN no codificante que es el componente principal de los ribosomas , esencial para todas las células. El ARNr es una ribozima que lleva a cabo la síntesis de proteínas en los ribosomas. El ARN ribosómico se transcribe a partir del ADN ribosómico (ADNr) y luego se une a las proteínas ribosómicas para formar subunidades de ribosomas pequeñas y grandes . El ARNr es el factor físico y mecánico del ribosoma que obliga al ARN de transferencia (ARNt) y al ARN mensajero (ARNm) a procesar y traducir este último en proteínas. El ARN ribosómico es la forma predominante de ARN que se encuentra en la mayoría de las células; constituye aproximadamente el 80% del ARN celular a pesar de que nunca se traduce en proteínas. Los ribosomas se componen de aproximadamente un 60% de ARNr y un 40% de proteínas ribosomales en masa.

Estructura

Aunque la estructura primaria de las secuencias de ARNr puede variar entre organismos, el emparejamiento de bases dentro de estas secuencias suele formar configuraciones de tallo-bucle . La longitud y la posición de estos bucles de tallo de ARNr les permiten crear estructuras de ARNr tridimensionales que son similares en todas las especies . Debido a estas configuraciones, el ARNr puede formar interacciones estrechas y específicas con proteínas ribosómicas para formar subunidades ribosómicas. Estas proteínas ribosomales contienen residuos básicos (a diferencia de residuos ácidos) y residuos aromáticos (es decir , fenilalanina , tirosina y triptófano ) que les permiten formar interacciones químicas con sus regiones de ARN asociadas, como interacciones de apilamiento . Las proteínas ribosómicas también pueden reticularse con el esqueleto de azúcar-fosfato del ARNr con sitios de unión que consisten en residuos básicos (es decir, lisina y arginina). Se han identificado todas las proteínas ribosómicas (incluidas las secuencias específicas que se unen al ARNr). Estas interacciones, junto con la asociación de las subunidades ribosómicas grandes y pequeñas, dan como resultado un ribosoma funcional capaz de sintetizar proteínas .

Un ejemplo de una pequeña subunidad completamente ensamblada de ARN ribosómico en procariotas, específicamente Thermus thermophilus . El ARN ribosómico real (16S) se muestra enrollado en naranja con proteínas ribosómicas adheridas en azul.

El ARN ribosómico se organiza en dos subunidades ribosómicas: la subunidad ribosómica grande ( LSU ) y la subunidad ribosómica pequeña ( SSU ). Entre estas subunidades, los tipos de ARNr utilizados para formar la subunidad difieren.

En los ribosomas de procariotas, como las bacterias , la SSU contiene una única molécula de ARNr pequeña (~ 1500 nucleótidos), mientras que la LSU contiene una única molécula de ARNr pequeño y una única molécula de ARNr grande (~ 3000 nucleótidos). Estos se combinan con ~ 50 proteínas ribosómicas para formar subunidades ribosómicas. Hay tres tipos de ARNr que se encuentran en los ribosomas procariotas: ARNr 23S y 5S en la LSU y ARNr 16S en la SSU.

En los ribosomas de eucariotas como los humanos , la SSU contiene un único ARNr pequeño (~ 1800 nucleótidos) mientras que la LSU contiene dos ARNr pequeños y una molécula de ARNr grande (~ 5000 nucleótidos). El ARNr eucariota tiene más de 70 proteínas ribosómicas que interactúan para formar unidades ribosómicas más grandes y polimórficas en comparación con las procariotas. Hay cuatro tipos de ARNr en eucariotas: 3 especies en LSU y 1 en SSU. La levadura ha sido el modelo tradicional para la observación del comportamiento y los procesos del ARNr eucariotas , lo que ha conducido a un déficit en la diversificación de la investigación. Solo ha sido en la última década que los avances técnicos (específicamente en el campo de Cryo-EM ) han permitido una investigación preliminar sobre el comportamiento ribosómico en otros eucariotas . En la levadura , la LSU contiene los ARNr 5S, 5.8S y 28S. Los 5.8S y 28S combinados son aproximadamente equivalentes en tamaño y función al subtipo de ARNr 23S procariótico, menos los segmentos de expansión (ES) que se localizan en la superficie del ribosoma que se pensaba que se producían solo en eucariotas . Sin embargo, recientemente, se informó que los phyla de Asgard , a saber, Lokiarchaeota y Heimdallarchaeota , considerados los parientes arqueológicos más cercanos a Eukarya , poseían dos ES de gran tamaño en sus rRNA 23S. Asimismo, el ARNr 5S contiene una inserción de 108 nucleótidos en los ribosomas del arqueo halófilo Halococcus morrhuae .

Una SSU eucariota contiene la subunidad de ARNr 18S, que también contiene ES. Los SSU ES son generalmente más pequeños que los LSU ES.

Las secuencias de ARNr de SSU y LSU se utilizan ampliamente para el estudio de las relaciones evolutivas entre organismos, ya que son de origen antiguo, se encuentran en todas las formas de vida conocidas y son resistentes a la transferencia horizontal de genes . Las secuencias de ARNr se conservan (sin cambios) a lo largo del tiempo debido a su papel crucial en la función del ribosoma. La información filogenética derivada del ARNr 16s se utiliza actualmente como el principal método de delimitación entre especies procariotas similares mediante el cálculo de la similitud de nucleótidos . El árbol canónico de la vida es el linaje del sistema de traducción.

Los subtipos de ARNr de LSU se han denominado ribozimas porque las proteínas ribosómicas no pueden unirse al sitio catalítico del ribosoma en esta área (específicamente el centro de peptidil transferasa o PTC). Los subtipos de ARNr de SSU decodifican el ARNm en su centro de decodificación (DC). Las proteínas ribosómicas no pueden ingresar a las DC.

La estructura del ARNr puede cambiar drásticamente para afectar la unión del ARNt al ribosoma durante la traducción de otros ARNm. En el ARNr 16s, se cree que esto ocurre cuando ciertos nucleótidos en el ARNr parecen alternar el apareamiento de bases entre un nucleótido u otro, formando un "interruptor" que altera la conformación del ARNr. Este proceso puede afectar la estructura de LSU y SSU, lo que sugiere que este cambio conformacional en la estructura del ARNr afecta a todo el ribosoma en su capacidad para hacer coincidir un codón con su anticodón en la selección del ARNt y decodificar el ARNm.

Montaje

La integración y ensamblaje del ARN ribosómico en los ribosomas comienza con su plegado, modificación, procesamiento y ensamblaje con proteínas ribosómicas para formar las dos subunidades ribosómicas, la LSU y la SSU. En los procariotas , la incorporación de ARNr ocurre en el citoplasma debido a la falta de orgánulos unidos a la membrana. En eucariotas , sin embargo, este proceso tiene lugar principalmente en el nucleolo y se inicia mediante la síntesis de pre-ARN. Esto requiere la presencia de las tres ARN polimerasas. De hecho, la transcripción de pre-ARN por la ARN polimerasa I representa aproximadamente el 60% de la transcripción celular total del ARN. A esto le sigue el plegado del pre-ARN para que pueda ensamblarse con proteínas ribosomales. Este plegamiento es catalizado por endo y exonucleasas , helicasas de ARN , GTPasas y ATPasas . Posteriormente, el ARNr se somete a un procesamiento endo y exonucleolítico para eliminar los espaciadores transcritos externos e internos . El pre-ARN luego sufre modificaciones tales como metilación o pseudouridinilación antes de que los factores de ensamblaje del ribosoma y las proteínas ribosómicas se ensamblen con el pre-ARN para formar partículas pre-ribosómicas. Al pasar por más pasos de maduración y la posterior salida del nucleolo al citoplasma, estas partículas se combinan para formar los ribosomas. Los residuos básicos y aromáticos que se encuentran dentro de la estructura primaria del ARNr permiten interacciones de apilamiento favorables y atracción a las proteínas ribosómicas, creando un efecto de reticulación entre la columna vertebral del ARNr y otros componentes de la unidad ribosómica. Se pueden encontrar más detalles sobre el inicio y la parte inicial de estos procesos en la sección "Biosíntesis".

Función

Una descripción simplificada de un ribosoma (con SSU y LSU separados artificialmente aquí para fines de visualización) que muestra los sitios A y P y las subunidades ribosómicas grandes y pequeñas que operan en conjunto.

Los elementos estructurales secundarios universalmente conservados en el ARNr entre diferentes especies muestran que estas secuencias son algunas de las más antiguas descubiertas. Desempeñan funciones críticas en la formación de sitios catalíticos de traducción de ARNm. Durante la traducción del ARNm, el ARNr funciona para unirse tanto al ARNm como al ARNt para facilitar el proceso de traducción de la secuencia de codones del ARNm en aminoácidos. El ARNr inicia la catálisis de la síntesis de proteínas cuando el ARNt se intercala entre SSU y LSU. En la SSU, el ARNm interactúa con los anticodones del ARNt. En la LSU, el tallo aceptor de aminoácidos del ARNt interactúa con el ARNr de la LSU. El ribosoma cataliza el intercambio de éster-amida, transfiriendo el extremo C de un péptido naciente de un ARNt a la amina de un aminoácido. Estos procesos pueden ocurrir debido a sitios dentro del ribosoma en los que estas moléculas pueden unirse, formadas por los bucles de tallo de ARNr. Un ribosoma tiene tres de estos sitios de unión llamados sitios A, P y E:

  • En general, el sitio A (aminoacilo) contiene un aminoacil-tRNA (un tRNA esterificado a un aminoácido en el extremo 3 ').
  • El sitio P (peptidilo) contiene un ARNt esterificado al péptido naciente. El grupo amino libre (NH 2 ) del ARNt del sitio A ataca el enlace éster del ARNt del sitio P, provocando la transferencia del péptido naciente al aminoácido en el sitio A. Esta reacción tiene lugar en el centro de la peptidil transferasa .
  • El sitio E (salida) contiene un ARNt que se ha descargado, con un extremo 3 'libre (sin aminoácidos ni péptidos nacientes).

Un solo ARNm puede ser traducido simultáneamente por múltiples ribosomas. A esto se le llama polisoma .

En procariotas , se ha trabajado mucho para identificar aún más la importancia del ARNr en la traducción del ARNm . Por ejemplo, se ha encontrado que el sitio A consiste principalmente en ARNr 16S. Aparte de varios elementos proteicos que interactúan con el ARNt en este sitio, se plantea la hipótesis de que si estas proteínas se eliminaran sin alterar la estructura ribosómica, el sitio continuaría funcionando normalmente. En el sitio P, a través de la observación de estructuras cristalinas, se ha demostrado que el extremo 3 'del ARNr 16s puede plegarse en el sitio como si fuera una molécula de ARNm . Esto da como resultado interacciones intermoleculares que estabilizan las subunidades. De manera similar, al igual que el sitio A, el sitio P contiene principalmente ARNr con pocas proteínas . El centro de la peptidil transferasa , por ejemplo, está formado por nucleótidos de la subunidad de ARNr 23S. De hecho, los estudios han demostrado que el centro de la peptidil transferasa no contiene proteínas y está completamente iniciado por la presencia de ARNr. A diferencia de los sitios A y P, el sitio E contiene más proteínas . Debido a que las proteínas no son esenciales para el funcionamiento de los sitios A y P, la composición molecular del sitio E muestra que tal vez evolucione más tarde. En los ribosomas primitivos , es probable que los ARNt salieran del sitio P. Además, se ha demostrado que el ARNt del sitio E se une con las subunidades de ARNr 16S y 23S.

Subunidades y ARN ribosómico asociado

Diagrama de los tipos de ARN ribosómico y cómo se combinan para crear las subunidades ribosómicas.

Tanto los ribosomas procarióticos como eucarióticos se pueden dividir en dos subunidades, una grande y otra pequeña. Las especies ejemplares utilizadas en la tabla siguiente para sus respectivos ARNr son la bacteria Escherichia coli ( procariota ) y humana ( eucariota ). Tenga en cuenta que "nt" representa la longitud del tipo de rRNA en nucleótidos y la "S" (como en "16S) representa las unidades de Svedberg .

Escribe Tamaño Subunidad grande ( LSU rRNA ) Subunidad pequeña ( SSU rRNA )
procariota 70S 50S ( 5S  : 120 nt, 23S  : 2906 nt) 30S ( 16S  : 1542 nt)
eucariota 80S 60S ( 5S  : 121 nt, 5.8S  : 156 nt, 28S  : 5070 nt) 40S ( 18S  : 1869 nt)

Las unidades S de las subunidades (o los ARNr) no se pueden agregar simplemente porque representan medidas de velocidad de sedimentación más que de masa. La velocidad de sedimentación de cada subunidad se ve afectada por su forma, así como por su masa. Las nt unidades se pueden sumar ya que representan el número entero de unidades en los polímeros de ARNr lineales (por ejemplo, la longitud total del ARNr humano = 7216 nt).

Los grupos de genes que codifican el ARNr se denominan comúnmente " ADN ribosómico " o ADNr (tenga en cuenta que el término parece implicar que los ribosomas contienen ADN, lo que no es el caso).

En procariotas

En los procariotas, una pequeña subunidad ribosómica 30S contiene el ARN ribosómico 16S . La gran subunidad ribosómica 50S contiene dos especies de ARNr (los ARN ribosomales 5S y 23S ). Por lo tanto, se puede deducir que tanto en las bacterias como en las arqueas hay un gen de ARNr que codifica los tres tipos de ARNr: 16S, 23S y 5S.

Los genes bacterianos de ARN ribosómico 16S, ARN ribosómico 23S y ARNr 5S se organizan típicamente como un operón cotranscrito . Como se muestra en la imagen de esta sección, hay un espaciador transcrito interno entre los genes de ARNr 16S y 23S . Puede haber una o más copias del operón dispersas en el genoma (por ejemplo, Escherichia coli tiene siete). Normalmente, en las bacterias hay entre una y quince copias.

Archaea contiene un solo operón del gen de ARNr o hasta cuatro copias del mismo operón .

El extremo 3 'del ARN ribosómico 16S (en un ribosoma) reconoce una secuencia en el extremo 5' del ARNm llamada secuencia de Shine-Dalgarno .

En eucariotas

ARN ribosómico de subunidad pequeña, dominio 5 'tomado de la base de datos Rfam . Este ejemplo es RF00177 , un fragmento de una bacteria sin cultivar.

Por el contrario, los eucariotas generalmente tienen muchas copias de los genes de ARNr organizados en repeticiones en tándem . En los seres humanos, aproximadamente 300 a 400 repeticiones están presentes en cinco grupos, ubicados en los cromosomas 13 ( RNR1 ), 14 ( RNR2 ), 15 ( RNR3 ), 21 ( RNR4 ) y 22 ( RNR5 ). Los seres humanos diploides tienen 10 grupos de ADNr genómico que en total constituyen menos del 0,5% del genoma humano .

Anteriormente se aceptaba que las secuencias repetidas de ADNr eran idénticas y servían como redundancias o a prueba de fallos para explicar los errores de replicación natural y las mutaciones puntuales . Sin embargo, se ha observado una variación de secuencia en el ADNr (y posteriormente en el ARNr) en humanos a través de múltiples cromosomas , tanto dentro como entre individuos humanos. Muchas de estas variaciones son secuencias palindrómicas y posibles errores debidos a la replicación. Ciertas variantes también se expresan de una manera específica de tejido en ratones.

Las células de mamíferos tienen 2 moléculas de ARNr mitocondrial ( 12S y 16S ) y 4 tipos de ARNr citoplásmico (las subunidades 28S, 5.8S, 18S y 5S). Los ARNr 28S, 5.8S y 18S están codificados por una única unidad de transcripción (45S) separada por 2 espaciadores transcritos internamente . El primer espaciador corresponde al que se encuentra en bacterias y arqueas , y el otro espaciador es una inserción en lo que era el rRNA 23S en procariotas. El 45S rDNA se organiza en 5 grupos (cada uno tiene 30-40 repeticiones) en los cromosomas 13, 14, 15, 21, y 22. Estos son transcritos por la ARN polimerasa I . El ADN de la subunidad 5S se encuentra en matrices en tándem (~ 200-300 genes 5S verdaderos y muchos pseudogenes dispersos), el más grande en el cromosoma 1q41-42. El ARNr de 5S es transcrito por la ARN polimerasa III . El rRNA 18S en la mayoría de eucariotas se encuentra en la subunidad ribosomal pequeña y la subunidad grande contiene tres especies de rRNA ( 5S , 5.8S y 28S en mamíferos, 25S en plantas, rRNA).

La estructura terciaria de la pequeña subunidad de ARN ribosomal (SSU rRNA) se ha resuelto por cristalografía de rayos X . La estructura secundaria del ARNr de SSU contiene 4 dominios distintos: los dominios 5 ', central, 3' mayor y 3 'menor. Se muestra un modelo de la estructura secundaria para el dominio 5 '(500-800 nucleótidos ).

Biosíntesis

Artículo principal: Biogénesis del ribosoma

En eucariotas

Como componentes básicos del orgánulo , la producción de ARNr es, en última instancia, el paso que limita la velocidad en la síntesis de un ribosoma . En el nucleolo , el ARNr es sintetizado por la ARN polimerasa I utilizando los genes especiales ( ADNr ) que lo codifican, que se encuentran repetidamente en todo el genoma . Los genes que codifican 18S, 28S y 5.8S rRNA se encuentran en la región organizadora nucleolar y se transcriben en gran precursor rRNA (pre-rRNA) moléculas de ARN polimerasa I . Estas moléculas de pre-ARNr se separan mediante secuencias espaciadoras externas e internas y luego se metilan , lo cual es clave para el ensamblaje y el plegado posteriores . Después de la separación y liberación como moléculas individuales, las proteínas de ensamblaje se unen a cada hebra de ARNr desnudo y la doblan en su forma funcional mediante el ensamblaje cooperativo y la adición progresiva de más proteínas de plegamiento según sea necesario. Aún se desconocen los detalles exactos de cómo las proteínas plegables se unen al ARNr y cómo se logra el plegado correcto. Los complejos de ARNr se procesan posteriormente mediante reacciones que involucran escisiones exo y endonucleolíticas guiadas por ARNsno (ARN nucleolares pequeños) en complejo con proteínas. A medida que estos complejos se compactan para formar una unidad cohesiva, las interacciones entre el ARNr y las proteínas ribosómicas circundantes se remodelan constantemente durante el ensamblaje para proporcionar estabilidad y proteger los sitios de unión . Este proceso se conoce como la fase de "maduración" del ciclo de vida del ARNr. Se ha descubierto que las modificaciones que se producen durante la maduración del ARNr contribuyen directamente al control de la expresión génica al proporcionar una regulación física del acceso traduccional de ARNt y ARNm . Algunos estudios han encontrado que también es necesaria una metilación extensa de varios tipos de ARNr durante este tiempo para mantener la estabilidad de los ribosomas .

Los genes del ARNr 5S se encuentran dentro del nucleolo y se transcriben en ARNr pre-5S por la ARN polimerasa III . El ARNr pre-5S ingresa al nucleolo para su procesamiento y ensamblaje con ARNr 28S y 5.8S para formar la LSU. El ARNr 18S forma las SSU al combinarse con numerosas proteínas ribosómicas . Una vez que se ensamblan ambas subunidades, se exportan individualmente al citoplasma para formar la unidad 80S y comenzar el inicio de la traducción del ARNm .

El ARN ribosómico no es codificante y nunca se traduce en proteínas de ningún tipo: el ARNr solo se transcribe a partir del ADNr y luego se madura para su uso como bloque de construcción estructural de los ribosomas. El ARNr transcrito se une a las proteínas ribosómicas para formar las subunidades de los ribosomas y actúa como la estructura física que empuja el ARNm y el ARNt a través del ribosoma para procesarlos y traducirlos.

Regulación eucariota

La síntesis de ARNr se regula hacia arriba y hacia abajo para mantener la homeostasis mediante una variedad de procesos e interacciones:

  • La quinasa AKT promueve indirectamente la síntesis de ARNr, ya que la ARN polimerasa I es dependiente de AKT.
  • Ciertas ribonucleasas angiogénicas , como la angiogenina (ANG), pueden translocarse y acumularse en el nucleolo . Cuando la concentración de ANG se vuelve demasiado alta, algunos estudios han encontrado que ANG puede unirse a la región promotora del ADNr y aumentar innecesariamente la transcripción del ARNr. Esto puede ser dañino para el nucleolo e incluso puede conducir a una transcripción incontrolada y cáncer .
  • Durante tiempos de restricción de glucosa celular, la proteína quinasa activada por AMP (AMPK) desalienta los procesos metabólicos que consumen energía pero que no son esenciales. Como resultado, es capaz de fosforilar la ARN polimerasa I (en el sitio Ser-635) para regular negativamente la síntesis de ARNr interrumpiendo el inicio de la transcripción .
  • La alteración o eliminación de más de una pseudouridina o regiones de 29-O-metilación del centro de decodificación del ribosoma reduce significativamente la tasa de transcripción del ARNr al reducir la tasa de incorporación de nuevos aminoácidos .
  • La formación de heterocromatina es esencial para silenciar la transcripción del ARNr, sin la cual el ARN ribosómico se sintetiza sin control y disminuye en gran medida la vida útil del organismo.

En procariotas

Al igual que en los eucariotas , la producción de ARNr es el paso que limita la velocidad en la síntesis procariota de un ribosoma . En E. coli , se ha encontrado que el ARNr se transcribe a partir de los dos promotores P1 y P2 que se encuentran dentro de siete operones rrn diferentes . El promotor P1 es específicamente responsable de regular la síntesis de ARNr durante tasas de crecimiento bacteriano de moderadas a altas. Debido a que la actividad transcripcional de este promotor es directamente proporcional a la tasa de crecimiento, es el principal responsable de la regulación del ARNr . Un aumento de la concentración de ARNr sirve como mecanismo de retroalimentación negativa para la síntesis de ribosomas. Se ha descubierto que se requiere una alta concentración de NTP para una transcripción eficaz de los promotores rrn P1. Se cree que forman complejos estabilizadores con la ARN polimerasa y los promotores . En bacterias específicamente, esta asociación de alta concentración de NTP con aumento de la síntesis de ARNr proporciona una explicación molecular de por qué la síntesis de ribosomas y, por lo tanto, de proteínas depende de la tasa de crecimiento. Una tasa de crecimiento baja produce tasas de síntesis de rRNA / ribosomal más bajas, mientras que una tasa de crecimiento más alta produce una tasa de síntesis de rRNA / ribosomal más alta. Esto permite que una célula ahorre energía o aumente su actividad metabólica dependiendo de sus necesidades y recursos disponibles.

En las células procariotas , cada gen u operón de ARNr se transcribe en un único precursor de ARN que incluye secuencias de ARNt y ARNt 16S, 23S, 5S junto con espaciadores transcritos. El procesamiento del ARN comienza antes de que se complete la transcripción . Durante las reacciones de procesamiento, los rRNA y tRNA se liberan como moléculas separadas.

Regulación procariota

Debido al papel vital que desempeña el ARNr en la fisiología celular de los procariotas , existe una gran superposición en los mecanismos de regulación del ARNr . A nivel transcripcional, existen efectores positivos y negativos de la transcripción del ARNr que facilitan el mantenimiento de la homeostasis de una célula :

Degradación

El ARN ribosómico es bastante estable en comparación con otros tipos comunes de ARN y persiste durante períodos de tiempo más prolongados en un entorno celular saludable. Una vez ensamblado en unidades funcionales, el ARN ribosómico dentro de los ribosomas es estable en la fase estacionaria del ciclo de vida celular durante muchas horas. La degradación puede desencadenarse mediante el "estancamiento" de un ribosoma, un estado que ocurre cuando el ribosoma reconoce un ARNm defectuoso o encuentra otras dificultades de procesamiento que hacen que la traducción del ribosoma cese. Una vez que un ribosoma se detiene, se inicia una vía especializada en el ribosoma para apuntar a todo el complejo para su desmontaje.

En eucariotas

Como ocurre con cualquier proteína o ARN , la producción de ARNr es propensa a errores que dan como resultado la producción de ARNr no funcional. Para corregir esto, la célula permite la degradación del ARNr a través de la vía de desintegración del ARNr no funcional (NRD). Gran parte de la investigación en este tema se realizó en células eucariotas, específicamente en la levadura Saccharomyces cerevisiae . Actualmente, solo se dispone de una comprensión básica de cómo las células pueden apuntar a los ribosomas funcionalmente defectuosos para la ubicuinación y degradación en eucariotas.

  • La vía NRD para la subunidad 40S puede ser independiente o separada de la vía NRD para la subunidad 60S. Se ha observado que ciertos genes pudieron afectar la degradación de ciertos pre-ARN, pero no otros.
  • Numerosas proteínas están involucradas en la vía NRD, como Mms1p y Rtt101p, que se cree que forman un complejo para dirigirse a los ribosomas para su degradación. Se encuentra que Mms1p y Rtt101p se unen y se cree que Rtt101p recluta un complejo ligasa de ubiquitina E3 , lo que permite que los ribosomas no funcionales se ubiquen antes de degradarse.
    • Los procariotas carecen de un homólogo para Mms1, por lo que no está claro cómo los procariotas pueden degradar los ARNr no funcionales.
  • La tasa de crecimiento de las células eucariotas no pareció verse afectada significativamente por la acumulación de ARNr no funcionales.

En procariotas

Aunque hay mucha menos investigación disponible sobre la degradación del ARN ribosómico en procariotas en comparación con eucariotas , todavía ha habido interés en si las bacterias siguen un esquema de degradación similar en comparación con la NRD en eucariotas. Gran parte de la investigación realizada para procariotas se ha realizado sobre Escherichia coli . Se encontraron muchas diferencias entre la degradación del rRNA eucariota y procariota, lo que llevó a los investigadores a creer que los dos se degradan utilizando diferentes vías.

  • Ciertas mutaciones en el ARNr que pudieron desencadenar la degradación del ARNr en eucariotas no pudieron hacerlo en procariotas .
  • Las mutaciones puntuales en un rRNA 23S provocarían la degradación de los rRNA 23S y 16S, en comparación con los eucariotas , en los que las mutaciones en una subunidad solo provocarían la degradación de esa subunidad.
  • Los investigadores encontraron que la eliminación de una estructura de hélice completa (H69) del ARNr 23S no desencadenaba su degradación. Esto les llevó a creer que el H69 era fundamental para que las endonucleasas reconocieran y degradaran el ARNr mutado.

Conservación y estabilidad de la secuencia

Debido a la naturaleza prevalente e inquebrantable del ARNr en todos los organismos , el estudio de su resistencia a la transferencia , mutación y alteración de genes sin destrucción del organismo se ha convertido en un campo de interés popular. Se ha descubierto que los genes de ARN ribosómico son tolerantes a la modificación y la incursión. Cuando se altera la secuenciación del ARNr , se ha descubierto que las células se ven comprometidas y cesan rápidamente su función normal. Estos rasgos clave del ARNr se han vuelto especialmente importantes para proyectos de bases de datos de genes (recursos completos en línea como SILVA o SINA) donde la alineación de las secuencias de ARN ribosómico de los diferentes dominios biológicos facilita enormemente la asignación taxonómica , el análisis filogenético y la investigación de la diversidad microbiana. "

Ejemplos de resiliencia:

  • La adición de grandes fragmentos de ARN sin sentido en muchas partes de la unidad de ARNr 16S no altera de forma observable la función de la unidad ribosómica en su conjunto.
  • El ARN no codificante RD7 tiene la capacidad de alterar el procesamiento del ARNr para hacer que las moléculas sean resistentes a la degradación por el ácido carboxílico . Este es un mecanismo crucial para mantener las concentraciones de ARNr durante el crecimiento activo cuando la acumulación de ácido (debido a la fosforilación del sustrato requerida para producir ATP ) puede volverse tóxica para las funciones intracelulares .
  • La inserción de ribozimas de cabeza de martillo que son capaces de escisiones en cis a lo largo del ARNr 16S inhibe en gran medida la función y disminuye la estabilidad.
  • Si bien la mayoría de las funciones celulares se degradan mucho después de un breve período de exposición a entornos hipóxicos , el ARNr permanece sin degradarse y se resuelve después de seis días de hipoxia prolongada. Solo después de un período de tiempo tan prolongado comienzan a presentarse los intermedios de ARNr (indicativos de que finalmente se produce la degradación).

Significado

Este diagrama muestra cómo la secuenciación de rRNA en procariotas puede utilizarse en última instancia para producir productos farmacéuticos para combatir enfermedades causadas por los mismos microbios de los que se obtuvo originalmente el rRNA.

Las características del ARN ribosómico son importantes en la evolución , por lo tanto, la taxonomía y la medicina .

Genes humanos

Ver también

Referencias

enlaces externos