ARN transferente-mensaxeiro

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.

O ARN transferente-mensaxeiro, abreviado como ARNtm (en inglés tmRNA), e tamén chamado ARN 10Sa ou, utilizando o seu nome xenético, SsrA, é unha molécula de ARN bacteriano que presenta propiedades tanto de ARNt coma de ARNm. O ARNtm forma un complexo ribonucleoproteico (o RNPtm ou, en inglés, tmRNP) xunto coa proteína SmpB (pequena proteína B), o factor de elongación Tu (EF-Tu), e a proteína ribosómica S1. Na chamada trans-tradución (ver máis abaixo), o ARNtm e as súas proteínas asociadas únense aos ribosomas bacterianos que quedaron bloqueados en medio da síntese de proteínas, por exemplo cando se chega ao final dun ARN mensaxeiro que perdeu o seu codón de parada. O ARNtm é moi versátil: recicla os ribosomas que quedaron bloqueados, engade unha marca de indución á proteólise ao polipéptido inacabado, e facilita a degradación do ARNm anormal.[1] Na maioría das bacterias estas funcións lévanas a cabo ARNtm dunha soa peza. Noutras especies bacterianas, un xene ssrA permutado produce un ARNtm de dúas pezas, no cal dúas cadeas separadas de ARN se uniron por apareamento de bases.

O ARNtm combina características de ARNt e ARNm.

Descubrimento dos ARNtm e traballos iniciais[editar | editar a fonte]

O ARNtm foi inicialmente denominado ARN 10Sa porque unha fracción electroforética mixta de “10S” de ARN de Escherichia coli foi despois resolta como ARNtm e a RNase P (o ribocima de tamaño similar 10Sb).[2] A presenza de pseudouridina no ARN 10S mixto indicaba que o ARNtm tiña bases modificadas que se encontraban tamén no ARNt. Recoñeceuse a semellanza entre os extremos 3' do ARNtm co talo-bucle T do ARNt (brazo T) ao secuenciarse o ssrA de Mycobacterium tuberculosis.[3] Unha posterior comparación de secuencias indicou que o todo o dominio similar ao ARNt (TLD) formaba os extremos 5' e 3' do ARNtm, incluíndo o talo aceptor con elemntos como os atopados no ARNt da alanina, que promoven a súa aminoacilación pola alanina-ARNt ligase.[4] Tamén se encontraron diferenzas con respecto ao ARNt: o brazo anticodón non está presente nos ARNtm, e a rexión do brazo D é un bucle sen apareamentos de bases.

Estrutura do ARNtm[editar | editar a fonte]

Estrutura secundaria dos ARNtm estándar dunha peza[editar | editar a fonte]

Estrutura secundaria do ARNtm de E. coli. Móstranse os extremos 5' e 3' da cadea de ARN de 363 nucleótidos numerada de 10 en 10 nucleótidos. As liñas curtas indican apareamentos de Watson-Crick (G-C e A-U); os puntos son aparemanetos G-U. Son tamén evidentes os dominios similares aos do ARNt (TLD, ARNt-like domain), a rexión similar ao ARNm (MLR, ARNm-like region), e os catro pseudonós (de pk1 a pk4). O MLR codifica o péptido etiqueta entre os codóns de parada e de reinicio. As hélices do ARN (numeradas do 1 ao 12) e as súas seccións (letras) están en gris.

A estrutura secundaria do ARNtm completo de E. coli foi dilucidada por análise de secuencia comparativo e sondaxe estrutural con encimas e axentes químicos.[5][6] As pares de bases de Watson-Crick e G-U identificáronse ao comparar as secuencias de ARNtm bacterianas utilizando métodos computacionais automatizados en combinación con procedementos de aliñamento de secuencias manuais.[7][8] A figura mostra o patrón de pares de bases deste ARNtm prototípico, que está organizado en 12 hélices (tamén chamadas apareamentos P1 a P12), algunhas divididas en segmentos helicoidais.

Unha característica salientable de todos os ARNtm é a conservación do dominio de tipo ARNt (TLD), composto das hélices 1, 12, e 2a (análogos, rspectivamente, do talo aceptor do ARNt, do talo T e do talo variable), que conteñen os extremos 5' monofosfato e o 3' CCA para a unión da alanina. A rexión de tipo ARNm (MLR) é no ARNtm estándar un grande bucle que contén pseudonós e unha secuencia codificante (CDS) para o péptido etiqueta, marcada polo codón de reinicio e o codón de parada. O péptido etiqueta codificado (que é o ANDENYALAA en E. coli) varía entre as bacterias, quizais dependendo do conxunto de proteases e adaptadores dispoñibles.[9]

Os ARNtm tipicamente conteñen catro pseudonós, un chamado pk1 situado corrente arriba do péptido etiqueta CDS, e os outros tres (de pk2 a pk4) situados corrente abaixo do CDS. As rexións pseudonó, aínda que están xeralmente conservadas, son evolutivamente plásticas. Por exemplo, nos ARNtm (dunha peza) de cianobacterias, o pk4 está substituído por dous pseudonós máis pequenos dispostos en tándem. Isto suxire que o pregamento do ARNtm fóra do TLD pode ser importante, pero a rexión pseudonó carece de residuos conservados e os pseudonós están entre as primeiras estruturas que se perden a medida que as secuencias de ssrA diverxen nos plastidios e liñaxes endosimbiónticas. O apareamento de bases na rexión dos tres pseudonós do ARNtm de E. coli é interrompida durante a trans-tradución.[7][10]

ARNtm de dúas pezas[editar | editar a fonte]

Atopáronse ssrA permutados circularmente en tres grandes liñaxes: i) en todas as [ alfaproteobacteria]]s e as primitivas mitocondrias dos protistas Jakobidae, ii) en dous grupos separados de cianobacterias (Gloeobacter e un clado que contén a Prochlorococcus e a moitas Synechococcus), e iii) nalgúns membros das betaproteobacterias (Cupriavidus e algunhas Rhodocyclales).[11][12] Todas producen a mesma forma global de dúas pezas (pezas aceptora e codificante), equivalente á forma estándar cortada corrente abaixo do marco de lectura. Ningunha retén máis de dous pseudonós en comparación co ARNtm estándar de catro ou máis.

As alfaproteobacterias teñen dúas secuencias sinatura: substitúen a secuencia típica do bucle T TΨCRANY pola secuencia GGCRGUA, e teñen a secuencia AACAGAA no bucle grande do pseudonó 3´-terminal. Nas mitocondrias perdeuse o MLR, e no protista Jakoba libera unha grande re-permutation do ssrA mitocondrial orixinou un produto dunha soa peza.[13]

As cianobacterias son o mellor exemplo de evolución dun xene permutado a partir dun xene estándar, xa que presentan notables semellanzas na secuencia entre os dous tipos de xenes que aparecen en dúas cepas distintas de Synechococcus.

Procesamento do ARNtm[editar | editar a fonte]

A maioría dos ARNtm transcríbense como precursores máis longos, que son procesados de forma similar ao ARNt. A clivaxe no extremo 5´ realízaa a ribonuclease P (RNase P).[4] Poden participar moitas exonucleases no procesamento do extremo 3' do ARNtm, aínda que a RNase T e a RNase PH son as máis efectivas.[14][15] Dependendo da especie bacteriana, o extremo 3'-CCA é codificado ou é engadido pola ARNt nucleotidiltransferase.

Un procesamento similar nos sitios internos do ARNtm precursor permutado explica a súa separación física en dúas pezas. Os ARNtm de dúas pezas teñen dous extremos adicionais, cuxo procesamento debe tamén considerarse. Nas alfaproteobacterias, o sitio de inicio non procesado da transcrición é un extremo 5´.[16] O extremo 3´ pode nalgúns casos ser o resultado dunha terminación independente de rho.

Estruturas tridimensionais[editar | editar a fonte]

Modelo de fitas da estrutura do dminio de tipo ARNt do ARNtm. O dominio consta dos extremos 3' e 5' do ARNtm. A imaxe foi creada usando o programa de imaxes moleculares Pymol para estudantes e os datos obtidos do ficheiro da base de datos PDB RCSB para a estrutura 1J1H[17]
Modelo de fitas do ARNtm da proteína de unión SmpB. Creada co programa Pymol e datos de PDB RCSB da estrutura 1CZJ[18]

As estruturas de alta resolución das moléculas de ARNtm completas non están dispoñibles actualmente e poden ser difíciles de obter debido á flexibilidade inherente do MLR. En 2007, obtívose a estrutura cristalina do TLD de Thermus thermophilus unido á proteína SmpB a unha resolución de 3 Å. Esta estrutura mostra que SmpB imita o talo D e o anticodón dun ARNt canónico, mentres que a sección helicoidal 2a do ARNtm corresponde ao brazo variable do ARNt.[19] Un estudo de microscopía crioelectrónica do ARNtm nunha fase inicial da trans-tradución mostra a relación espacial entre o ribosoma e a RNPtm (ARNtm unido á proteína EF-Tu). O TLD está localizado preto do centro asociado á GTPase na subunidade ribosómica de 50S; a hélice 5 e os pseudonós pk2 ao pk4 forman un arco arredor do pico da subunidade ribosómica de 30S.[20]

Trans-tradución[editar | editar a fonte]

Fases da trans-tradución da A á F. Un ribosoma cos seus sitios de unión para o ARN, denominados E, P, e A, está bloqueado preto do extremo 3' dun ARNm roto. A RNPtm únese ao sitio A, o que permite que o ribosoma cambie de molde desde a mensaxe rota ao marco aberto de lectura do ARNtm por medio do codón de reinicio (GCA en azul). A tradución regular pode así reanudarse finalmente. Ao chegarse ao codón de parada do ARNtm (UAA en vermello), libérase unha proteína híbrida cunha marca de proteólise (puntos verdes).

A codificación nos ARNtm descubriuse en 1995 cando Simpson e colaboradores fixeron que se sobreexpresase unha citocina de rato en E. coli e encontraron varios péptidos derivados de citocinas, cada un etiquetado no extremo carboxilo terminal cunha mesma extensión de 11 residuos de aminoácidos (A)ANDENYALAA. Coa excepción da alanina N-terminal, que procede do extremo 3' do propio ARNtm, esta secuencia etiqueta foi rastreada ata un curto marco de lectura aberto no ARNtm de E. coli. Ao recoñecer que a etiqueta peptídica é unha marca de proteólise, propúxose o modelo da trans-tradución para o ARNtm.[21]

Aínda que se seguen investigando os detalles do mecanismo da trans-tradución, concórdase xeralmente que o ARNtm ocupa primeiro o sitio A baleiro do ribosoma bloqueado. Seguidamente, o ribosoma móvese desde o extremo 3' do ARNm truncado ao codón de reinicio do MLR, o que vai seguido dunha fase proclive ao escorregamento (slippage) desde a que a tradución continúa normalmente ata que se encontra o codón de parada do ARNtm en pauta. A trans-tradución é esencial nalgunhas especies bacterianas, pero outras bacterias requiren o ARNtm para sobrevivir cando están sometidas a unhas condicións de crecemento estresantes.[22] Dependendo do organismo, o péptido etiqueta pode ser recoñecido por diversas proteases ou adaptadores de proteases.[9]

Elementos xenéticos móbiles e o xene do ARNtm[editar | editar a fonte]

Historia do ssrA. Móstranse os ARN precursores, cuxas porcións en trazo descontinuo son escindidas durante a maduración. Os xenes permutados producen tanto a peza aceptora (en vermello) coma a codificante (en azul); as liñas punteadas marcan as estruturas secundarias que non sempre están presentes. As abreviaturas son: TLD, dominio de tipo ARNt; MLR, rexión de tipo ARNm; ITS, espazador transcrito interno; P, rexión apareada; PK, pseudonó; RF, marco de lectura.

O ssrA é tanto unha diana para algúns ADN móbiles coma un pasaxeiro doutros. Pode ser interrompido por tres tipos de elementos móbiles. Por medio de distintas estratexias ningún deles interrompe a función do xene: os intróns do grupo I elimínanse eles mesmos por auto-splicing, os elementos palindrómicos de rickettsias (RPEs) insírense en sitios inocuos, e as illas xenómicas que codifican integrases cortan o seu ssrA diana pero restauran a porción cortada.[23][24][25][26]

Os ssrA non cromosómicos foron detectados nun estudo xenómico de micobacteriófagos (no 10% dos fagos).[27] Outros elementos móbiles como os plásmidos e illas xenéticas poden ser portadores de ssrA. Un caso interesante é Rhodobacter sphaeroides cepa ATCC 17025, cuxo xene de ARNtm nativo está interrompido por unha illa xenómica; a diferenza doutras illas xenómicas nos xenes do ARNtm (ou do ARNt), esta illa ten inactivado o xene diana nativo sen restauración, pero compénsao ao portar o seu propio xene de ARNtm. Un parente do ssrA moi pouco usual encóntrase no micobacteriófago lítico DS6A, que codifica pouco máis que o TLD.

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Keiler KC (2008). "Biology of trans-translation". Annu. Rev. Microbiol. 62: 133–51. DOI:10.1146/annurev.micro.62.081307.162948. PMID 18557701. 
  2. Ray BK, Apirion D (July 1979). "Characterization of 10S RNA: a new stable rna molecule from Escherichia coli". Mol. Gen. Genet. 174 (1): 25–32. DOI:10.1007/BF00433301. PMID 384159. 
  3. Tyagi JS, Kinger AK (January 1992). "Identification of the 10Sa RNA structural gene of Mycobacterium tuberculosis". Nucleic Acids Res. 20 (1): 138. DOI:10.1093/nar/20.1.138. PMC 310338. PMID 1371186. http://nar.oxfordjournals.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=1371186. Consultado o 2010-07-14. 
  4. 4,0 4,1 Komine Y, Kitabatake M, Yokogawa T, Nishikawa K, Inokuchi H (September 1994). "A tRNA-like structure is present in 10Sa RNA, a small stable RNA from Escherichia coli". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91 (20): 9223–7. DOI:10.1073/pnas.91.20.9223. PMC 44784. PMID 7524073. http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=7524073. Consultado o 2010-07-14. 
  5. Williams KP, Bartel DP (December 1996). "Phylogenetic analysis of tmRNA secondary structure". RNA 2 (12): 1306–10. PMC 1369456. PMID 8972778. http://www.rnajournal.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=8972778. Consultado o 2010-07-14. 
  6. Felden B, Himeno H, Muto A, McCutcheon JP, Atkins JF, Gesteland RF (January 1997). "Probing the structure of the Escherichia coli 10Sa RNA (tmRNA)". RNA 3 (1): 89–103. PMC 1369465. PMID 8990402. http://www.rnajournal.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=8990402. Consultado o 2010-07-14. 
  7. 7,0 7,1 Zwieb C, Wower I, Wower J (1999). "Comparative sequence analysis of tmRNA". Nucleic Acids Res 27 (10): 2063–71. DOI:10.1093/nar/27.10.2063. PMC 148424. PMID 10219077. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=148424. 
  8. Andersen ES, Lind-Thomsen A, Knudsen B, et al. (November 2007). "Semiautomated improvement of RNA alignments". RNA 13 (11): 1850–9. DOI:10.1261/rna.215407. PMC 2040093. PMID 17804647. http://www.rnajournal.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=17804647. Consultado o 2010-07-14. 
  9. 9,0 9,1 Gur E, Sauer RT (October 2008). "Evolution of the ssrA degradation tag in Mycoplasma: specificity switch to a different protease". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (42): 16113–8. DOI:10.1073/pnas.0808802105. PMC 2570983. PMID 18852454. http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=18852454. Consultado o 2010-07-14. 
  10. Wower IK, Zwieb C, Wower J (May 2005). "Transfer-messenger RNA unfolds as it transits the ribosome". RNA 11 (5): 668–73. DOI:10.1261/rna.7269305. PMC 1370753. PMID 15811920. http://www.rnajournal.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=15811920. Consultado o 2010-07-14. 
  11. Keiler KC, Shapiro L, Williams KP (July 2000). "tmRNAs that encode proteolysis-inducing tags are found in all known bacterial genomes: A two-piece tmRNA functions in Caulobacter". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97 (14): 7778–83. DOI:10.1073/pnas.97.14.7778. PMC 16621. PMID 10884408. http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=10884408. Consultado o 2010-07-14. 
  12. Sharkady SM, Williams KP (2004). "A third lineage with two-piece tmRNA". Nucleic Acids Res. 32 (15): 4531–8. DOI:10.1093/nar/gkh795. PMC 516066. PMID 15326226. http://nar.oxfordjournals.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=15326226. Consultado o 2010-07-14. 
  13. Jacob Y, Seif E, Paquet PO, Lang BF (April 2004). "Loss of the mRNA-like region in mitochondrial tmRNAs of jakobids". RNA 10 (4): 605–14. DOI:10.1261/rna.5227904. PMC 1370551. PMID 15037770. http://www.rnajournal.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=15037770. Consultado o 2010-07-14. 
  14. Srivastava RA, Srivastava N, Apirion D (May 1992). "Characterization of the RNA processing enzyme RNase III from wild type and overexpressing Escherichia coli cells in processing natural RNA substrates". Int. J. Biochem. 24 (5): 737–49. DOI:10.1016/0020-711X(92)90007-N. PMID 1375563. 
  15. Li Z, Pandit S, Deutscher MP (March 1998). "3' exoribonucleolytic trimming is a common feature of the maturation of small, stable RNAs in Escherichia coli". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 95 (6): 2856–61. DOI:10.1073/pnas.95.6.2856. PMC 19659. PMID 9501180. http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=9501180. Consultado o 2010-07-14. 
  16. Mao C, Bhardwaj K, Sharkady SM, et al. (2009). "Variations on the tmRNA gene". RNA Biol 6 (4): 355–61. DOI:10.4161/rna.6.4.9172. PMID 19617710. 
  17. Someya T, Nameki N, Hosoi H, et al. (January 2003). "Solution structure of a tmRNA-binding protein, SmpB, from Thermus thermophilus". FEBS Lett. 535 (1–3): 94–100. DOI:10.1016/S0014-5793(02)03880-2. PMID 12560085. http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0014579302038802. Consultado o 2010-07-14. 
  18. Bessho Y, Shibata R, Sekine S, et al. (May 2007). "Structural basis for functional mimicry of long-variable-arm tRNA by transfer-messenger RNA". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 (20): 8293–8. DOI:10.1073/pnas.0700402104. PMC 1895943. PMID 17488812. http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=17488812. Consultado o 2010-07-14. 
  19. Bessho Y, Shibata R, Sekine S, et al (2007). "Structural basis for functional mimicry of long-variable-arm tRNA by transfer-messenger RNA". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 (20): 8293–8. DOI:10.1073/pnas.0700402104. PMC 1895943. PMID 17488812. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1895943. 
  20. Valle M, Gillet R, Kaur S, Henne A, Ramakrishnan V, Frank J (April 2003). "Visualizing tmRNA entry into a stalled ribosome". Science 300 (5616): 127–30. DOI:10.1126/science.1081798. PMID 12677067. http://www.sciencemag.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=12677067. Consultado o 2010-07-14. 
  21. Keiler KC, Waller PR, Sauer RT (February 1996). "Role of a peptide tagging system in degradation of proteins synthesized from damaged messenger RNA". Science 271 (5251): 990–3. DOI:10.1126/science.271.5251.990. PMID 8584937. http://www.sciencemag.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=8584937. Consultado o 2010-07-14. 
  22. Thibonnier M, Thiberge JM, De Reuse H (2008). Ahmed, Niyaz. ed. "Trans-translation in Helicobacter pylori: essentiality of ribosome rescue and requirement of protein tagging for stress resistance and competence". PLoS ONE 3 (11): e3810. DOI:10.1371/journal.pone.0003810. PMC 2584231. PMID 19043582. http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0003810. Consultado o 2010-07-14. 
  23. Kirby JE, Trempy JE, Gottesman S (April 1994). "Excision of a P4-like cryptic prophage leads to Alp protease expression in Escherichia coli". J. Bacteriol. 176 (7): 2068–81. PMC 205313. PMID 7511583. http://jb.asm.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=7511583. Consultado o 2010-07-14. 
  24. Williams KP (January 2002). "The tmRNA Website: invasion by an intron". Nucleic Acids Res. 30 (1): 179–82. DOI:10.1093/nar/30.1.179. PMC 99078. PMID 11752287. http://nar.oxfordjournals.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=11752287. Consultado o 2010-07-14. 
  25. Dwyer DS (January 2001). "Selfish DNA and the origin of genes". Science 291 (5502): 252–3. DOI:10.1126/science.291.5502.252. PMID 11253208. http://www.sciencemag.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=11253208. Consultado o 2010-07-14. 
  26. Williams KP (February 2003). "Traffic at the tmRNA gene". J. Bacteriol. 185 (3): 1059–70. DOI:10.1128/JB.185.3.1059-1070.2003. PMC 142792. PMID 12533482. http://jb.asm.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=12533482. Consultado o 2010-07-14. 
  27. Hatfull GF, Pedulla ML, Jacobs-Sera D, et al. (June 2006). "Exploring the mycobacteriophage metaproteome: phage genomics as an educational platform". PLoS Genet. 2 (6): e92. DOI:10.1371/journal.pgen.0020092. PMC 1475703. PMID 16789831. http://dx.plos.org/10.1371/journal.pgen.0020092. Consultado o 2010-07-14. 

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outras lecturas[editar | editar a fonte]

  • Hong, S. J.; Tran, Q. A.; Keiler, K. C. (2005). "Cell cycle-regulated degradation of tmRNA is controlled by RNase R and SmpB". Molecular Microbiology 57 (2): 565–575. doi:10.1111/j.1365-2958.2005.04709.x. PMC 3776457. PMID 15978085.

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]