Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

tapa de cinco primos

En biología molecular , la caperuza cinco' ( cap 5' ) es un nucleótido especialmente modificado en el extremo 5' de algunos transcritos primarios como el ARN mensajero precursor...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

En biología molecular , la caperuza cinco' ( cap 5' ) es un nucleótido especialmente modificado en el extremo 5' de algunos transcritos primarios como el ARN mensajero precursor . En eucariotas, la forma principal es el capping del ARNm , un proceso altamente regulado que utiliza 7-metilguanosina , vital en la creación de ARN mensajero estable y maduro capaz de sufrir traducción durante la síntesis de proteínas . El ARNm mitocondrial [ 1 ] y el ARNm cloroplástico [ 2 ] no tienen caperuza. También existen caperuzas alternativas.

Estructura

Estructura de la ribosa que muestra las posiciones de los carbonos 2′, 3′ y 5′.

Cuando una ARN polimerasa (RNAP) sintetiza un ARN , este presenta un grupo trifosfato en su extremo 5' debido al uso de nucleósido trifosfatos (NTP, pppN) por parte de la RNAP. En eucariotas, el extremo ppp expuesto se "cubre" con una guanina poco después de ser liberado de la RNAP, formando la caperuza 5'. Debido a su formación, la caperuza se une al ARNm mediante un enlace trifosfato 5' a 5' inusual . Esta guanosina se metila en la  posición 7' inmediatamente después de la caperuza in vivo por una metiltransferasa . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] El resultado es una caperuza de 7-metilguanilato (m 7 G). La caperuza 0, ARNm con solo la caperuza m 7 G, es la estructura básica de la caperuza para el ARNm eucariota. Su estructura se escribe como m 7 GpppN: m 7 G, conectada a una cadena de tres grupos fosfato, y luego a cualquier otro nucleótido. [ 7 ]

Estructura de la tapa 5′ (tapa-2).

Los dos primeros nucleótidos transcritos también pueden metilarse en la posición 2' (N → Nm), dando lugar a las estructuras Cap-1 y Cap-2, respectivamente. Cap-1 presenta un grupo 2'-hidroxilo metilado en el primer azúcar ribosa [m 7 G ppp Nm-], mientras que Cap-2 presenta grupos 2'-hidroxilo metilados en los dos primeros azúcares ribosa [m 7 G ppp Nm p Nm-], como se muestra a la derecha. Esto es más común en eucariotas superiores y se cree que forma parte del sistema inmunitario innato para reconocer los ARNm de otros organismos. [ 7 ] La decisión de realizar estas modificaciones varía según el organismo y las bases iniciales del ARNm. [ 8 ] Esta estrategia también la adoptan algunos virus que infectan a eucariotas. [ 9 ]

En todos los organismos, las moléculas de ARNm pueden ser descapuchadas en un proceso conocido como descapuchamiento del ARN mensajero . Esto suele ir seguido de la degradación del ARNm.

Proceso de taponamiento

El punto de partida para la modificación del extremo 5' 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'. [ 3 ] El proceso de modificación del extremo 5' se inicia antes de la finalización de la transcripción, mientras se sintetiza el pre-ARNm naciente (ppp(-5')N[pN] n ).

  1. Uno de los grupos fosfato terminales es eliminado por la ARN trifosfatasa (TPasa), dejando un grupo bifosfato (es decir, ppN[pN] n );
  2. La ARNm guanililtransferasa (GTasa) agrega GTP al bisfosfato terminal , perdiendo un pirofosfato del sustrato GTP en el proceso. Esto da como resultado el enlace trifosfato 5′–5′, produciendo GpppN[pN] n ;
  3. El nitrógeno 7 de la guanina es metilado por la ARNm (guanina- N 7-)-metiltransferasa (MTasa), con la S -adenosil- L -metionina desmetilada para producir S -adenosil- L -homocisteína , lo que resulta en (m 7 G)pppN[pN] n (cap-0);

Lo anterior describe el proceso de capping canónico que involucra una TPasa, una GTasa y una MTasa, llegando a Cap-0. [ 10 ] Cap-1 y Cap-2 pueden producirse a partir de Cap-0 con 2'-O-metilación por una mRNA (nucleósido-2'-O-)-metiltransferasa (2'-O-MTasa). También es posible una modificación adicional: por ejemplo, si el nucleótido adyacente a la cap es 2'- O -ribosa metil-adenosina (es decir, (m 7 G)ppp(Am)[pN] n ), puede metilarse aún más en la posición metilo N6 para formar N 6 -metiladenosina , lo que resulta en 5'(m 7 G)ppp(N 6 Am)[pN] n . [ 3 ]

Objetivo

Para la adición de 7-metilguanilato, el complejo enzimático de adición de capuchón (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, el CEC lleva a cabo el proceso de adición de capuchón (este tipo de mecanismo asegura la adición de capuchón, como en la poliadenilación ). [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] Las enzimas para la adición de capuchón solo pueden unirse a la ARN polimerasa II , asegurando la especificidad solo para estos transcritos, que son casi en su totalidad ARNm. [ 12 ] [ 14 ]

Función

La gorra de 5 pies tiene cuatro funciones principales:

  1. Regulación de la exportación nuclear; [ 15 ] [ 16 ]
  2. Prevención de la degradación por exonucleasas ; [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]
  3. Promoción de la traducción (véase ribosoma y traducción ); [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
  4. Promoción de la escisión del intrón proximal 5′. [ 21 ]

La exportación nuclear del ARN está regulada por el complejo de unión a la caperuza (CBC), que se une exclusivamente al ARN con caperuza de 7-metilguanilato. El complejo del poro nuclear reconoce al CBC y lo exporta. Una vez en el citoplasma, tras la primera ronda de traducción, el CBC es reemplazado por los factores de traducción eIF4E y eIF4G del complejo eIF4F . [ 6 ] Este complejo es reconocido posteriormente por otros mecanismos de iniciación de la traducción, incluido el ribosoma. [ 22 ]

La adición de 7-metilguanilato previene la degradación del extremo 5' de varias maneras. Primero, la degradación del ARNm por las exonucleasas 5' (que son abundantes en el núcleo) se previene al parecer químicamente un extremo 3'. [ 8 ] Segundo, el complejo CBC y eIF4E/eIF4G bloquean el acceso de las enzimas descapuchadoras al extremo 5'. Otras proteínas de unión al extremo 5' también contribuyen. Esto aumenta la vida media del ARNm, esencial en eucariotas, ya que los procesos de exportación y traducción requieren un tiempo considerable.

El mecanismo de promoción de la escisión del intrón proximal 5′ no se comprende bien, pero la tapa de 7-metilguanilato parece formar un bucle e interactuar con el espliceosoma en el proceso de empalme, promoviendo la escisión del intrón.

Destapado

La eliminación de la caperuza de un ARNm con caperuza de 7-metilguanilato es catalizada por el complejo de eliminación de caperuza, compuesto al menos por Dcp1 y Dcp2, que deben competir con eIF4E para unirse a la caperuza. Por lo tanto, la caperuza de 7-metilguanilato es un marcador de un ARNm en traducción activa y es utilizada por las células para regular la vida media del ARNm en respuesta a nuevos estímulos. Los ARNm no deseados se envían a los cuerpos P para su almacenamiento temporal o eliminación de la caperuza, cuyos detalles aún se están investigando. [ 23 ]

La actividad enzimática correspondiente es la difosfatasa m7G(5')pppN , que produce los productos m7Gp y ppN-ARN.

Más allá de m7G

Procesos de modificación del ARNm viral

Los virus que infectan a los eucariotas emplean diversas estrategias para formar cápsulas que el huésped reconoce. Algunos codifican el trío canónico de enzimas, ocasionalmente en combinación con una 2'-O-MTasa (por ejemplo, el virus vaccinia ). [ 9 ] Sin embargo, otros llegan a la cápsula canónica mediante diferentes pasos químicos:

  • Muchos virus emplean el "robo de capuchón", transfiriendo un capuchón de un ARNm celular a uno propio. [ 9 ] Existen muchas maneras de hacerlo. El virus de la influenza A utiliza una endonucleasa para cortar una parte 5' de aproximadamente 17 bases de un ARNm cap-1 del huésped, y luego su ARN polimerasa dependiente de ARN (RdRP) continúa a partir de este inicio. [ 24 ] El totivirus utiliza una MTasa para cortar un m7-guanosina monofosfato (m 7 GMP, m 7 Gp) del m 7 GpppRNA del huésped y luego lo une al pppRNA viral. [ 25 ]
  • Al igual que otros virus de ARN de sentido negativo, los mononegavirus (por ejemplo, el virus de la rabia) producen ARNm mediante una ARN polimerasa dependiente de ARN . A diferencia del pre-ARNm celular que comienza con pppN, estos ARN comienzan con un pA regular. El virus utiliza una GTPasa para convertir GTP en GDP, y luego una GDP polirribonucleotidiltransferasa (PRNTasa) para unir el GDP al pA-ARNm, formando GpppA-ARNm. A continuación, se producen los pasos regulares de 7-metilación y 2'-O-metilación para llegar a la caperuza 1 habitual. [ 26 ] [ 27 ]

También existen algunos que utilizan opciones más diversas. Por ejemplo, el picornavirus hace que su RdRP construya ARN comenzando con una proteína, que actúa como una tapa. [ 28 ]

Además, algunos Mimiviridae portan una variante de eIF4F para su propio uso. La versión viral reconoce específicamente el ARNm m7GpppAm , el mismo que producen otras proteínas virales, y no se regula negativamente en momentos de estrés como la versión del huésped. [ 29 ]

ARNsn

Los ARN nucleares pequeños eucariotas contienen capuchones 5' únicos. Los snRNA de clase Sm se encuentran con capuchones de 2,2,7-trimetilguanosina (m3G ) , mientras que los snRNA de clase Lsm se encuentran con capuchones monometilados . [ 30 ] Ambos están unidos al extremo 5' del ARN mediante un enlace trifosfato (ppp) (en orientación 5'-5' en el caso de m3G ) , como el capuchón del ARNm. [ 31 ]

NAD(H)/desfosfo-CoA

En bacterias , y potencialmente también en organismos superiores, algunos ARN están protegidos con NAD + , NADH o 3′-desfosfo-coenzima A (dpCoA). [ 17 ] [ 32 ] A diferencia de las protecciones eucariotas, las protecciones bacterianas están unidas al extremo 5' del ARN mediante un enlace monofosfato (p) regular; sin embargo, internamente contienen un enlace difosfato. [ 31 ]

El mecanismo de capping con NAD( + /H) o dpCoA es diferente. El capping con estos grupos se realiza mediante un "mecanismo de capping ab initio", en el que NAD( + /H) o dpCoA actúa como un "nucleótido iniciador no canónico" (NCIN) para la iniciación de la transcripción por la ARN polimerasa y, por lo tanto, se incorpora directamente al producto de ARN. Esto se debe a su similitud estructural con el ATP. [ 17 ] Tanto la ARN polimerasa bacteriana como la ARN polimerasa II eucariota son capaces de llevar a cabo este "mecanismo de capping ab initio" in vitro . [ 17 ]

La adición de NAD( + /H) o dpCoA está dirigida por la secuencia del promotor . [ 17 ] La adición de NCIN ocurre solo en promotores que tienen ciertas secuencias en el sitio de inicio de la transcripción e inmediatamente aguas arriba de este y, por lo tanto, ocurre solo para los ARN sintetizados a partir de ciertos promotores. [ 17 ]

Véase también

Referencias

  1. ^ Temperley RJ, Wydro M, Lightowlers RN, Chrzanowska-Lightowlers ZM (junio de 2010). "ARNm mitocondriales humanos: como miembros de todas las familias, similares pero diferentes" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergética . 1797 ( 6– 7): 1081– 1085. doi : 10.1016/j.bbabio.2010.02.036 . PMC 3003153 . PMID 20211597 .  
  2. ↑ Monde RA, Schuster G, Stern DB (7 de junio de 2000). "Procesamiento y degradación del ARNm del cloroplasto". Biochimie . 82 ( 6–7 ): 573–582 . doi : 10.1016/S0300-9084(00)00606-4 . PMID 10946108 . 
  3. 1 2 3 4 Shatkin, A (diciembre de 1976). "Capping of eucaryotic mRNAs". Cell . 9 (4): 645– 653. doi : 10.1016/0092-8674(76)90128-8 . PMID 1017010 . S2CID 26743858 .  
  4. 1 2 Banerjee AK (junio de 1980). "Estructura de la tapa 5'-terminal en los ácidos ribonucleicos mensajeros eucariotas" . Microbiological Reviews . 44 (2): 175– 205. doi : 10.1128/mmbr.44.2.175-205.1980 . PMC 373176. PMID 6247631 .  
  5. 1 2 Sonenberg N, Gingras AC (abril de 1998). "La proteína de unión a la caperuza 5′ del ARNm eIF4E y el control del crecimiento celular". Current Opinion in Cell Biology . 10 (2): 268– 275. doi : 10.1016/S0955-0674(98)80150-6 . PMID 9561852 . 
  6. 1 2 Marcotrigiano J, Gingras AC, Sonenberg N, Burley SK (junio de 1997). "Estructura de cocristal de la proteína de unión a la caperuza 5′ del ARN mensajero (eIF4E) unida a 7-metil-GDP" . Cell . 89 (6): 951– 961. Bibcode : 1997Cell...89..951M . doi : 10.1016 / S0092-8674(00)80280-9 . PMID 9200613. S2CID 15200116 .  
  7. 1 2 Despic, Vladimir; Jaffrey, Samie R. (febrero de 2023). "El envejecimiento del ARNm moldea el metiloma Cap2 en el ARNm de mamíferos" . Nature . 614 ( 7947): 358– 366. Bibcode : 2023Natur.614..358D . doi : 10.1038/s41586-022-05668-z . ISSN 1476-4687 . PMC 9891201. PMID 36725932 .   
  8. 1 2 Furuichi, Yasuhiro (2015). "Descubrimiento de la caperuza m7G en los ARNm eucariotas" . Actas de la Academia Japonesa, Serie B. 91 ( 8): 394– 409. doi : 10.2183/pjab.91.394 . PMC 4729855. PMID 26460318 .  
  9. 123Fechter P, Brownlee GG (May 2005). "Recognition of mRNA cap structures by viral and cellular proteins". The Journal of General Virology. 86 (Pt 5): 1239–1249. doi:10.1099/vir.0.80755-0. PMID 15831934.
  10. ↑Wang, T; Qin, BR; Li, S; Wang, Z; Li, X; Jiang, Y; Qin, C; Ouyang, Q; Lou, C; Qian, L (11 April 2025). "Discovery of diverse and high-quality mRNA capping enzymes through a language model-enabled platform". Science Advances. 11 (15) eadt0402. Bibcode:2025SciA...11..402W. doi:10.1126/sciadv.adt0402. PMC 11980835. PMID 40203090.
  11. ↑Cho EJ, Takagi T, Moore CR, Buratowski S (December 1997). "mRNA capping enzyme is recruited to the transcription complex by phosphorylation of the RNA polymerase II carboxy-terminal domain". Genes & Development. 11 (24): 3319–3326. doi:10.1101/gad.11.24.3319. PMC 316800. PMID 9407025.
  12. 12Fabrega C, Shen V, Shuman S, Lima CD (June 2003). "Structure of an mRNA capping enzyme bound to the phosphorylated carboxy-terminal domain of RNA polymerase II". Molecular Cell. 11 (6): 1549–1561. doi:10.1016/S1097-2765(03)00187-4. PMID 12820968.
  13. ↑Ho CK, Lehman K, Shuman S (December 1999). "An essential surface motif (WAQKW) of yeast RNA triphosphatase mediates formation of the mRNA capping enzyme complex with RNA guanylyltransferase". Nucleic Acids Research. 27 (24): 4671–4678. doi:10.1093/nar/27.24.4671. PMC 148765. PMID 10572165.
  14. 1 2 Hirose Y , Manley JL (junio de 2000). "La ARN polimerasa II y la integración de eventos nucleares" . Genes & Development . 14 (12): 1415– 1429. doi : 10.1101/gad.14.12.1415 . PMID 10859161. S2CID 43589702. Recuperado el 23 de noviembre de 2014 .  
  15. ↑ Visa N, Izaurralde E, Ferreira J, Daneholt B, Mattaj IW (abril de 1996). "Un complejo de unión a la tapa nuclear se une al pre-ARNm del anillo de Balbiani cotranscripcionalmente y acompaña a la partícula de ribonucleoproteína durante la exportación nuclear" . The Journal of Cell Biology . 133 (1): 5– 14. doi : 10.1083/jcb.133.1.5 . PMC 2120770. PMID 8601613 .  
  16. ↑ Lewis JD, Izaurralde E (julio de 1997). "El papel de la estructura de la caperuza en el procesamiento del ARN y la exportación nuclear" . European Journal of Biochemistry . 247 (2): 461– 469. doi : 10.1111/j.1432-1033.1997.00461.x . PMID 9266685 . 
  17. 1 2 3 4 5 6 Bird JG, Zhang Y, Tian Y, Panova N, Barvík I, Greene L, Liu M, Buckley B, Krásný L, Lee JK, Kaplan CD, Ebright RH, Nickels BE (julio de 2016). " El mecanismo de la caperuza 5′ del ARN con NAD+, NADH y desfosfo-CoA" . Nature . 535 (7612): 444– 447. Bibcode : 2016Natur.535..444B . doi : 10.1038/nature18622 . PMC 4961592. PMID 27383794 .  
  18. ^ Evdokimova V, Ruzanov P, Imataka H, ​​Raught B, Svitkin Y, Ovchinnikov LP, Sonenberg N (octubre de 2001). "La principal proteína YB-1 asociada al ARNm es un potente estabilizador de ARNm dependiente de la tapa 5 '" . La Revista EMBO . 20 (19): 5491– 5502. doi : 10.1093/emboj/20.19.5491 . PMC 125650 . PMID 11574481 .  
  19. ↑ Gao M, Fritz DT, Ford LP, Wilusz J (marzo de 2000). "La interacción entre una ribonucleasa específica de poli(A) y la caperuza 5′ influye en las tasas de desadenilación del ARNm in vitro" . Molecular Cell . 5 (3): 479– 488. doi : 10.1016/S1097-2765(00)80442-6 . PMC 2811581. PMID 10882133 .  
  20. ↑ Burkard KT, Butler JS (enero de 2000). "Una exonucleasa nuclear 3′–5′ involucrada en la degradación del ARNm interactúa con la poli(A) polimerasa y la proteína hnRNA Npl3p" . Biología molecular y celular . 20 (2): 604– 616. doi : 10.1128 / MCB.20.2.604-616.2000 . PMC 85144. PMID 10611239 .  
  21. ↑ Konarska MM, Padgett RA, Sharp PA (octubre de 1984). "Reconocimiento de la estructura de la caperuza en el empalme in vitro de precursores de ARNm". Cell . 38 (3): 731– 736. doi : 10.1016/0092-8674(84 ) 90268-X . PMID 6567484. S2CID 10721149 .  
  22. ↑ Kapp LD, Lorsch JR (2004). "La mecánica molecular de la traducción eucariota". Annual Review of Biochemistry . 73 (1): 657– 704. doi : 10.1146/annurev.biochem.73.030403.080419 . PMID 15189156 . 
  23. ↑ Parker R, Sheth U (marzo de 2007). "Cuerpos P y el control de la traducción y degradación del ARNm" . Molecular Cell . 25 (5): 635– 646. doi : 10.1016/j.molcel.2007.02.011 . PMID 17349952 . 
  24. ↑ "Robo de gorras tipo Toti ~ ViralZone" . viralzone.expasy.org .
  25. ↑ "Robo de gorras tipo Toti ~ ViralZone" . viralzone.expasy.org .
  26. ↑ Ogino, T; Green, TJ (1 de junio de 2019). "Control transcripcional y capping de ARNm por el dominio GDP polirribonucleotidiltransferasa de la proteína grande del virus de la rabia" . Viruses . 11 ( 6): 504. doi : 10.3390/v11060504 . PMC 6631705. PMID 31159413 .  
  27. ↑ "Capping de tipo Mononega ~ ViralZone" . viralzone.expasy.org .
  28. ↑ "Limitación tipo VPG ~ ViralZone" . viralzone.expasy.org .
  29. ↑ Fels, JM; Hill, AB; Han, R; Garcia, JM; Bisio, H; Abergel, C; Kranzusch, PJ; Lee, ASY (5 de marzo de 2026). "Los virus de ADN gigantes codifican un complejo de iniciación de la traducción característico de la vida eucariota" . Cell . 189 ( 5): 1423–1433.e16. doi : 10.1016/j.cell.2026.01.008 . PMC 12922504. PMID 41709453 .  
  30. ↑ Matera AG, Terns RM, Terns MP (marzo de 2007). "ARN no codificantes: lecciones de los ARN nucleares pequeños y los ARN nucleolares pequeños". Nature Reviews. Biología celular molecular . 8 (3): 209– 220. Bibcode : 2007NRMCB...8..209M . doi : 10.1038/nrm2124 . PMID 17318225. S2CID 30268055 .  
  31. 1 2 Warminski, Marcin; Sikorski, Pawel J.; Kowalska, Joanna; Jemielity, Jacek (febrero de 2017). "Aplicaciones de la modificación y el marcaje de fosfato para estudiar las tapas de (m)ARN" . Temas en Química Actual . 375 (1) 16. doi : 10.1007/s41061-017-0106-y . PMC 5396385. PMID 28116583 .  
  32. ↑ Cahová H, Winz ML, Höfer K, Nübel G, Jäschke A (marzo de 2015). "NAD captureSeq indica que NAD actúa como una tapa bacteriana para un subconjunto de ARN reguladores". Nature . 519 ( 7543): 374– 377. Bibcode : 2015Natur.519..374C . doi : 10.1038/nature14020 . PMID 25533955. S2CID 4446837 .  
  • "Cápsulas de ARN" . Encabezamiento de materia médica (MeSH) de PubMed . Institutos Nacionales de Salud.