Tres regiones principales sin traducir

En genética molecular , la región 3' no traducida ( 3'  UTR ) es la sección del ARN mensajero (ARNm) que sigue inmediatamente al codón de terminación de la traducción . La 3' UTR suele contener regiones reguladoras que influyen en la expresión génica a nivel postranscripcional . 

Durante la expresión génica , una molécula de ARNm se transcribe a partir de la secuencia de ADN y posteriormente se traduce en una proteína . Varias regiones de la molécula de ARNm no se traducen en una proteína, incluyendo la caperuza 5′ , la región 5′ no traducida , la región 3′ no traducida y la cola de poli(A) . Las regiones reguladoras dentro de la región 3′ no traducida pueden influir en la poliadenilación , la eficiencia de la traducción, la localización y la estabilidad del ARNm. ^{[ 1 ] [ 2 ]} La región 3′  UTR contiene sitios de unión tanto para proteínas reguladoras como para microARN (miARN). Al unirse a sitios específicos dentro de la región 3′  UTR, los miARN pueden disminuir la expresión génica de varios ARNm, ya sea inhibiendo la traducción o causando directamente la degradación del transcrito. La región 3′  UTR también tiene regiones silenciadoras que se unen a proteínas represoras e inhiben la expresión del ARNm.

Muchas regiones 3′  UTR también contienen elementos ricos en AU (ARE). Las proteínas se unen a los ARE para afectar la estabilidad o la tasa de degradación de los transcritos de forma localizada o para influir en la iniciación de la traducción. Además, la región 3′  UTR contiene la secuencia AAUAAA, que dirige la adición de varios cientos de residuos de adenina, denominados cola de poli(A), al final del transcrito de ARNm. La proteína de unión a poli(A) (PABP) se une a esta cola, contribuyendo a la regulación de la traducción, la estabilidad y la exportación del ARNm. Por ejemplo, la PABP unida a la cola de poli(A) interactúa con proteínas asociadas al extremo 5′ del transcrito, provocando una circularización del ARNm que promueve la traducción.

La región 3′  UTR también puede contener secuencias que atraen proteínas para asociar el ARNm con el citoesqueleto , transportarlo hacia o desde el núcleo celular , o realizar otros tipos de localización. Además de las secuencias dentro de la región 3′  UTR, las características físicas de esta región, incluyendo su longitud y estructura secundaria , contribuyen a la regulación de la traducción. Estos diversos mecanismos de regulación génica aseguran que los genes correctos se expresen en las células correctas en el momento adecuado.

La región 3′  UTR del ARNm posee una gran variedad de funciones reguladoras controladas por las características físicas de la región. Una de estas características es la longitud de la región 3′  UTR, que en el genoma de los mamíferos presenta una variación considerable. Esta región del transcrito de ARNm puede variar desde 60 nucleótidos hasta aproximadamente 4000. ^{[ 3 ]} En promedio, la longitud de la región 3′  UTR en humanos es de aproximadamente 800 nucleótidos, mientras que la longitud promedio de las regiones 5′  UTR es de solo unos 200 nucleótidos. ^{[ 4 ]} La longitud de la región 3′  UTR es significativa, ya que las regiones 3′  UTR más largas se asocian con niveles más bajos de expresión génica. Una posible explicación para este fenómeno es que las regiones más largas tienen una mayor probabilidad de poseer más sitios de unión de miRNA que tienen la capacidad de inhibir la traducción. Además de la longitud, la composición de nucleótidos también difiere significativamente entre las regiones 5′ y 3′  UTR. El porcentaje medio de G+C de la región 5′  UTR en vertebrados de sangre caliente es de aproximadamente el 60%, en comparación con solo el 45% para las regiones 3′  UTR. Esto es importante porque se ha observado una correlación inversa entre el porcentaje de G+C de las regiones 5′ y 3′  UTR y sus longitudes correspondientes. Las regiones UTR con bajo contenido de GC tienden a ser más largas que las ubicadas en regiones genómicas ricas en GC. ^{[ 4 ]}

Las secuencias dentro de la región 3′  UTR también tienen la capacidad de degradar o estabilizar el transcrito de ARNm. Las modificaciones que controlan la estabilidad de un transcrito permiten controlar rápidamente la expresión de un gen sin alterar las tasas de traducción. Un grupo de elementos en la región 3′  UTR que pueden ayudar a desestabilizar un transcrito de ARNm son los elementos ricos en AU (ARE). Estos elementos varían en tamaño de 50 a 150 pares de bases y generalmente contienen múltiples copias del pentanucleótido AUUUA. Estudios iniciales indicaron que los ARE pueden variar en secuencia y se dividen en tres clases principales que difieren en el número y la disposición de los motivos. ^{[ 1 ]} Otro conjunto de elementos que está presente tanto en la región 5′ como en la región 3′  UTR son los elementos de respuesta al hierro (IRE). El IRE es una estructura de tallo-bucle dentro de las regiones no traducidas de los ARNm que codifican proteínas involucradas en el metabolismo celular del hierro. El transcrito de ARNm que contiene este elemento se degrada o se estabiliza dependiendo de la unión de proteínas específicas y las concentraciones intracelulares de hierro. ^{[ 3 ]}

La región 3′  UTR también contiene secuencias que indican adiciones, ya sea al transcrito mismo o al producto de la traducción. Por ejemplo, existen dos señales de poliadenilación diferentes dentro de la región 3′  UTR que indican la adición de la cola de poli(A). Estas señales inician la síntesis de la cola de poli(A) con una longitud definida de aproximadamente 250 pares de bases. ^{[ 1 ]} La señal principal utilizada es la señal de poliadenilación nuclear (PAS) con la secuencia AAUAAA ubicada hacia el final de la región 3′  UTR. ^{[ 3 ]} Sin embargo, durante el desarrollo temprano, puede ocurrir poliadenilación citoplasmática y regular la activación traslacional de los ARNm maternos. El elemento que controla este proceso se llama CPE, que es rico en AU y también se encuentra en la región 3′  UTR. El CPE generalmente tiene la estructura UUUUUUAU y suele estar dentro de los 100 pares de bases de la PAS nuclear. ^{[ 3 ]} Otra adición específica señalizada por la región 3′  UTR es la incorporación de selenocisteína en los codones UGA de los ARNm que codifican selenoproteínas. Normalmente, el codón UGA codifica una señal de parada de la traducción, pero en este caso una estructura conservada de tallo-bucle llamada secuencia de inserción de selenocisteína (SECIS) provoca la inserción de selenocisteína en su lugar. ^{[ 4 ]}

La región 3′ no traducida desempeña un papel crucial en la expresión génica al influir en la localización, estabilidad, exportación y eficiencia de la traducción del ARNm. Contiene diversas secuencias implicadas en la expresión génica, como los elementos de respuesta a microARN (MRE), los elementos ricos en AU (ARE) y la cola de poli(A). Además, las características estructurales de la región 3′  no traducida, así como el uso de la poliadenilación alternativa, también influyen en la expresión génica.

Cola de poli(A)

La cola de poli(A) contiene sitios de unión para proteínas de unión a poli(A) (PABP). Estas proteínas cooperan con otros factores para afectar la exportación, estabilidad, degradación y traducción de un ARNm. Las PABP unidas a la cola de poli(A) también pueden interactuar con proteínas, como los factores de iniciación de la traducción, que están unidas a la caperuza 5′ del ARNm. Esta interacción causa la circularización del transcrito, lo que posteriormente promueve la iniciación de la traducción. Además, permite una traducción eficiente al causar el reciclaje de ribosomas . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Si bien la presencia de una cola de poli(A) generalmente ayuda a desencadenar la traducción, la ausencia o eliminación de una a menudo conduce a la degradación del ARNm mediada por exonucleasas. La poliadenilación en sí está regulada por secuencias dentro de la región 3′  UTR del transcrito. Estas secuencias incluyen elementos de poliadenilación citoplasmáticos (CPE), que son secuencias ricas en uridina que contribuyen tanto a la activación como a la represión de la poliadenilación. La proteína de unión a CPE (CPEB) se une a los CPE junto con una variedad de otras proteínas para provocar diferentes respuestas. ^{[ 2 ]}

Características estructurales

Si bien la secuencia que constituye la región 3′  UTR contribuye en gran medida a la expresión génica, las características estructurales de esta  región también desempeñan un papel importante. En general, las regiones 3′  UTR más largas se corresponden con tasas de expresión más bajas, ya que suelen contener más sitios de unión de miRNA y proteínas que participan en la inhibición de la traducción. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 5 ]} Los transcritos humanos poseen regiones 3′  UTR que son, en promedio, el doble de largas que las de otros mamíferos  . Esta tendencia refleja el alto nivel de complejidad que implica la regulación génica humana. Además de la longitud, la estructura secundaria de la región 3′ no traducida también tiene funciones reguladoras. Los factores proteicos pueden ayudar o interrumpir el plegamiento de la región en diversas estructuras secundarias. La estructura más común es un bucle en tallo, que proporciona un andamiaje para las proteínas de unión a ARN y los ARN no codificantes que influyen en la expresión del transcrito. ^{[ 1 ]}

Los científicos utilizan varios métodos para estudiar las estructuras y funciones complejas de la 3′  UTR. Incluso si  se demuestra que una determinada 3′ UTR en un ARNm está presente en un tejido, se deben determinar los efectos de la localización, la vida media funcional, la eficiencia de la traducción y los elementos trans-activos para comprender la  funcionalidad completa de la 3′ UTR. ^{[ 7 ]} Los enfoques computacionales, principalmente mediante análisis de secuencias, han demostrado la existencia de ARE en aproximadamente el 5 al 8% de las 3′  UTR humanas y la presencia de uno o más objetivos de miRNA en hasta el 60% o más de las 3′  UTR humanas. El software puede comparar rápidamente millones de secuencias a la vez para encontrar similitudes entre varias 3′  UTR dentro del genoma. Se han utilizado enfoques experimentales para definir secuencias que se asocian con proteínas de unión a ARN específicas; específicamente, las mejoras recientes en las técnicas de secuenciación y reticulación han permitido el mapeo fino de los sitios de unión de proteínas dentro del transcrito. ^{[ 8 ]} Las mutaciones inducidas en sitios específicos, por ejemplo, aquellas que afectan el codón de terminación, la señal de poliadenilación o la estructura secundaria de la región 3′  UTR, pueden mostrar cómo las regiones mutadas pueden causar desregulación de la traducción y enfermedades. ^{[ 9 ]} Este tipo de métodos a nivel de todo el transcrito deberían ayudar a nuestra comprensión de los elementos cis conocidos y los factores transreguladores dentro de las regiones 3′  UTR.

Las mutaciones en la región 3′  UTR pueden ser muy importantes porque una alteración puede ser responsable de la expresión alterada de muchos genes. A nivel transcripcional, una mutación puede afectar solo al alelo y los genes que están físicamente ligados. Sin embargo, dado que  las proteínas de unión a la región 3′ UTR también funcionan en el procesamiento y la exportación nuclear del ARNm, una mutación también puede afectar a otros genes no relacionados. ^{[ 9 ]} La desregulación de las proteínas de unión a ARE (AUBP) debido a mutaciones en regiones ricas en AU puede conducir a enfermedades que incluyen tumorigénesis (cáncer), neoplasias hematopoyéticas, leucemogénesis y retraso del desarrollo/trastornos del espectro autista. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} Un número expandido de repeticiones de trinucleótidos (CTG) en la región 3′  UTR del gen de la proteína quinasa de la distrofia miotónica (DMPK) causa distrofia miotónica . ^{[ 7 ]} La inserción retrotransposal de 3 kilobases de secuencias repetidas en tándem dentro de la  UTR 3′ de la proteína fukutina está relacionada con la distrofia muscular congénita de tipo Fukuyama. ^{[ 7 ]} Los elementos en la UTR 3′  también se han relacionado con la leucemia mieloide aguda humana , la alfa-talasemia , el neuroblastoma , la queratinopatía , la aniridia , el síndrome IPEX y los defectos cardíacos congénitos . ^{[ 9 ]} Las pocas enfermedades mediadas por UTR identificadas solo insinúan los innumerables vínculos que aún quedan por descubrir.

A pesar del conocimiento actual sobre las regiones 3′  UTR, siguen siendo un misterio relativo. Dado que los ARNm suelen contener varios elementos de control superpuestos, a menudo es difícil especificar la identidad y la función de cada  elemento 3′ UTR, y mucho menos los factores reguladores que pueden unirse a estos sitios. Además, cada región 3′  UTR contiene muchos elementos alternativos ricos en AU y señales de poliadenilación. Estos elementos cis y trans, junto con los microARN, ofrecen un rango prácticamente ilimitado de posibilidades de control dentro de un solo ARNm. ^{[ 7 ]} La investigación futura mediante el uso cada vez mayor de perfiles de ribosomas basados ​​en secuenciación profunda revelará más sutilezas regulatorias, así como nuevos elementos de control y AUBP. ^{[ 1 ]}

• Cinco regiones principales sin traducir
• UTRdb
• UTRome

• Mazumder, Barsanjit; Seshadri, Vasudevan; Fox, Paul L (febrero de 2003). "Control traslacional por la región 3′ UTR: los fines especifican los medios". Trends in Biochemical Sciences . 28 (2): 91– 98. doi : 10.1016/S0968-0004(03)00002-1 . PMID 12575997 . 

• Breve introducción a los elementos reguladores del ARNm.
• Análisis de la región 3′  UTR de UTResource
• UTRome.org Regiones 3′  UTR en nematodos
• Encabezamiento de materia médica : Regiones no traducidas 3′