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Factor de especificidad de escisión y poliadenilación

El factor de especificidad de escisión y poliadenilación ( CPSF ) participa en la escisión de la región de señalización 3' de una molécula de pre- ARN mensajero (pre-ARNm) recié...

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El factor de especificidad de escisión y poliadenilación ( CPSF ) participa en la escisión de la región de señalización 3' de una molécula de pre- ARN mensajero (pre-ARNm) recién sintetizada durante la transcripción génica . En eucariotas, los precursores de ARN mensajero (pre-ARNm) se transcriben en el núcleo a partir del ADN mediante la enzima ARN polimerasa II. El pre-ARNm debe sufrir modificaciones postranscripcionales, formando ARN maduro (ARNm), antes de ser transportado al citoplasma para su traducción a proteínas. Las modificaciones postranscripcionales son: la adición de una caperuza 5' m7G, el empalme de secuencias intrónicas y la escisión y poliadenilación 3'. [ 1 ]

Según Schönemann et al., "CPSF reconoce la señal de poliadenilación (PAS), proporcionando especificidad de secuencia en la escisión y poliadenilación del pre-ARNm, y cataliza la escisión del pre-ARNm." [ 2 ] Es necesario para inducir la pausa de la ARN polimerasa una vez que reconoce una PAS funcional. [ 3 ] Es la primera proteína que se une a la región de señalización cerca del sitio de escisión del pre-ARNm, al cual la cola de poli(A) será añadida por la polinucleótido adenililtransferasa . La región de señalización de 10-30 nucleótidos aguas arriba del sitio de escisión, la señal de poliadenilación (PAS), tiene la secuencia de nucleótidos canónica AAUAAA, que está altamente conservada en la gran mayoría de los pre-ARNm. La región AAUAAA generalmente está definida por un dinucleótido de citosina/adenina (CA), que es la secuencia preferida, que está 5' al sitio de la escisión endonucleolítica. [ 2 ] [ 4 ] Una segunda región de señalización corriente abajo, ubicada aproximadamente 40 nucleótidos corriente abajo del sitio de escisión en la porción del pre-ARNm que se escinde antes de la poliadenilación, consiste en una región rica en U/GU necesaria para un procesamiento eficiente. Este fragmento corriente abajo se degrada. Los ARN maduros se transportan al citoplasma, donde se traducen en proteínas. [ 4 ] [ 5 ]

Estructura e interacciones de las proteínas

En los mamíferos, el CPSF es un complejo proteico que consta de seis subunidades: CPSF-160 (CPSF1), CPSF-100 (CPSF2), CPSF-73 (CPSF3) y CPSF-30 (CPSF4) kDa, WDR33 y Fip1 (FIP1L1).

complejo cuaternario del factor de especificidad de escisión y poliadenilación

Las subunidades forman dos componentes: factores de especificidad de poliadenilación de mamíferos (mPSF) y factor de escisión de mamíferos (mCF). El mPSF está compuesto por CPSF-160, WDR33, CPSF-30 y Fip1. Es necesario para el reconocimiento del sitio de poliadenilación (PAS) y la poliadenilación. El mCF está compuesto por CPSF-73, CPSF-100 y simplekina. Cataliza la reacción de escisión al reconocer el sitio de procesamiento 3' del ARNm de la histona. [ 4 ] [ 5 ]

CPSF-73 es una hidrolasa dependiente de zinc que escinde el precursor del ARNm entre un dinucleótido CA justo después de la secuencia de señal de poliadenilación AAUAAA. [ 6 ] [ 7 ]

CPSF-100 contribuye a la actividad endonucleasa de CPSF-73. [ 2 ]

CPSF-160 (160 kDa) es la subunidad más grande de CPSF y se une directamente a la señal de poliadenilación AAUAAA. [ 8 ] 160 kDa tiene tres dominios de hélice β y un dominio C-terminal.

CPSF-30 (30 kDa) tiene cinco motivos de dedos de zinc Cys-Cys-Cys-His (CCCH) cerca del extremo N y un nudo de zinc CCCH en el extremo C. Existen dos isoformas de CPSF-30 que se pueden encontrar en complejos CPSF. La actividad de unión al ARN de CPSF-30 está mediada por sus dedos de zinc 2 y 3. El dominio de repetición WD 33 (146 kDa) tiene un dominio WD40 cerca del extremo N. El dominio WD40 interactúa con el ARN. WDR33 y CPSF-30 reconocen la señal de poliadenilación (PAS) en el pre-ARNm, que ayuda a definir la posición de la escisión del ARN. CPSF-30 reconoce la región hexamérica rica en AU mediante un mecanismo de unión cooperativo dependiente de metales. [ 4 ] [ 5 ] [ 9 ] [ 10 ]

Aunque CPSF-160 es la subunidad más grande de CPSF, un estudio realizado por Schönemann et al. cuestiona que WDR33 sea la responsable del reconocimiento del PAS y no CPSF-160, como se creía anteriormente. El estudio concluyó que la razón por la que se creía que CPSF-160 era responsable del reconocimiento del PAS se debía a que la subunidad WDR33 no se había descubierto en el momento de la afirmación. [ 2 ]

Fip1 se une a los ARN ricos en U mediante su extremo C-terminal rico en arginina. Se une a secuencias de ARN aguas arriba de la región hexamérica AAUAAA in vitro. Fip1 y CPSF-160 reclutan la poli(A) polimerasa (PAP) al sitio de procesamiento 3'. [ 4 ] La PAP es estimulada por la proteína nuclear de unión a poli(A) uno para agregar la cola de poli(A), un residuo de adenosina no codificado, en el sitio de escisión. [ 3 ] [ 7 ]

Solo CPSF-160, CPSF-30, Fip1 y WDR33 son necesarios y suficientes para formar un subcomplejo CPSF activo en la poliadenilación dependiente de AAUAAA. CPSF-73 y CPSF-100 son desechables. [ 2 ]

CPSF recluta proteínas a la región 3'. Entre las proteínas identificadas que son coordinadas por la actividad de CPSF se incluyen: el factor estimulador de la escisión y dos factores de escisión aún poco comprendidos . La unión de la polinucleótido adenililtransferasa, responsable de la síntesis de la cola, es un requisito previo necesario para la escisión, lo que garantiza que la escisión y la poliadenilación sean procesos estrechamente acoplados.

Genes

Poliadenilación alternativa (APA)

La poliadenilación alternativa (APA) es un mecanismo regulador que forma múltiples extremos 3' en el ARNm. [ 7 ]

Las isoformas de APA del mismo gen pueden codificar diferentes proteínas y/o contener diferentes regiones 3' no traducidas (UTR). La desregulación de APA se ha asociado con varias enfermedades humanas. Dado que las UTR más largas tienen más sitios de unión para microARN y/o proteínas de unión a ARN en comparación con las UTR más cortas, la APA requiere diferente estabilidad, eficiencia de traducción y/o localización intracelular. [ 4 ]

Los PAS de mamíferos poseen una serie de elementos cis clave.

  • Hexámero A(A/U)AAA
  • Elemento descendente rico en U/GU (DSE)
  • Elementos auxiliares ricos en uranio (USEs) aguas arriba
  • Secuencias río arriba que se ajustan al consenso UGUA

Las secuencias PAS son variables, y muchas carecen de uno o más elementos cis . El reconocimiento de las secuencias PAS se logra mediante interacciones proteína-ARN.

CPSF se une sinérgicamente al hexámero AAUAAA y CstF se une sinérgicamente al elemento corriente abajo (DSE). El complejo CFI se une a los motivos UGUA. CPSF, CstF y CFI se unen directamente al ARN. También reclutan otras proteínas como CFII, symplekin y la poli(A) polimerasa (PAP) para ensamblar el complejo de procesamiento 3' del ARNm, también conocido como complejo de escisión y poliadenilación. El ensamblaje de estos factores se ve facilitado por el dominio C-terminal (CTD) de la subunidad grande de la ARN polimerasa II (RNAP II). El CTD proporciona una plataforma de unión para los factores de procesamiento del ARNm. [ 4 ] [ 11 ]

Otros complejos proteicos en el complejo de escisión y poliadenilación

Symplekin (SYMPK) es una proteína andamiaje que media la interacción entre CPSF y CstF. [ 2 ]

En el CPSF de mamíferos, tanto el factor de escisión I (CFI m ) como el factor de especificidad de escisión y poliadenilación (CPSF) son necesarios para la escisión y la poliadenilación, mientras que el factor de estimulación de la escisión (CstF) solo es esencial para el paso de escisión. [ 12 ] El CPSF y el CstF viajan junto con la ARN polimerasa II (RNAP II) durante la transcripción del gen naciente en busca del PAS. [ 3 ]

El factor de escisión I (CFI m ) está compuesto por proteínas de 25 ( CPSF5 ), 59 (CPSF7) y 68 (CPSF6) kDa. El factor de escisión II (CFII m ) está compuesto por Pcf11, Clp1 y el factor de estimulación de la escisión (CstF). CFII m se une al dominio C-terminal de la ARN polimerasa II y a otros factores CpA. [ 3 ] [ 13 ]

El factor de estimulación de la escisión (CstF) tiene tres subunidades: CstF77 (CstF3), CstF50 (CstF1) y CstF64 (CstF2 y CstF2T). CstF reconoce el PAS que se encuentra 20 nucleótidos corriente abajo de la región de señalización del sitio de escisión, que es un motivo de secuencia rico en GU seguido de secuencias ricas en U. CstF contribuye a la selección del sitio de escisión, así como a la poliadenilación alternativa. [ 4 ] [ 5 ] [ 13 ]

Procesos acoplados

El acoplamiento de la transcripción de la ARN polimerasa II (pol II) puede influir en las reacciones de procesamiento de tres maneras. [ 11 ]

  1. localización
    • Los factores de procesamiento del ARNm se localizan en el complejo de elongación, lo que aumenta su concentración local en las proximidades del transcrito naciente.
  2. acoplamiento cinético
    • La tasa de transcripción puede tener efectos profundos en el plegamiento del ARN y en el ensamblaje de complejos de ARN-proteína.
  3. alostérico
    • El contacto entre el complejo de elongación de la polimerasa II y los factores de procesamiento del ARNm puede inhibir o activar alostéricamente los factores de procesamiento del ARNm.

Referencias

  1. ↑ Mandel CR, Bai Y, Tong L (abril de 2008). "Factores proteicos en el procesamiento del extremo 3' del pre-ARNm" . Cellular and Molecular Life Sciences . 65 ( 7–8 ): 1099–1122 . doi : 10.1007/s00018-007-7474-3 . PMC 2742908. PMID 18158581 .  
  2. 1 2 3 4 5 6 Schönemann L, Kühn U, Martin G, Schäfer P, Gruber AR, Keller W, et al. (noviembre de 2014). " Reconstitución de CPSF activo en la poliadenilación: reconocimiento de la señal de poliadenilación por WDR33" . Genes & Development . 28 (21): 2381– 2393. doi : 10.1101/gad.250985.114 . PMC 4215183. PMID 25301781 .   
  3. 1 2 3 4 Murphy MR, Doymaz A, Kleiman FE (2021-01-01). "Dinámica de la cola de poli(A): Medición de la poliadenilación, la desadenilación y la longitud de la cola de poli(A)". En Tian B (ed.). Métodos en enzimología . Procesamiento y metabolismo del extremo 3' del ARNm. Vol. 655. Academic Press. pp. 265–290 . doi : 10.1016/bs.mie.2021.04.005 . ISBN   978-0-12-823573-7. PMC 9015694 . PMID 34183126 .  
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 Shi Y, Manley JL (mayo de 2015). "El final del mensaje: múltiples interacciones proteína-ARN definen el sitio de poliadenilación del ARNm" . Genes & Development . 29 (9): 889– 897. doi : 10.1101/gad.261974.115 . PMC 4421977. PMID 25934501 .  
  5. 1 2 3 4 Sun Y, Zhang Y, Hamilton K, Manley JL, Shi Y, Walz T, Tong L (febrero de 2018). "Base molecular para el reconocimiento de la señal de poliadenilación AAUAAA humana" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 115 (7): E1419– E1428. Bibcode : 2018PNAS..115E1419S . doi : 10.1073/pnas.1718723115 . PMC 5816196. PMID 29208711 .  
  6. ↑ Mandel CR, Kaneko S, Zhang H, Gebauer D, Vethantham V, Manley JL, Tong L (diciembre de 2006). "El factor de poliadenilación CPSF-73 es la endonucleasa de procesamiento del extremo 3' del pre-ARNm" . Nature . 444 (7121): 953–956 . Bibcode : 2006Natur.444..953M . doi : 10.1038/nature05363 . PMC 3866582. PMID 17128255 .  
  7. 1 2 3 Arora A, Goering R, Lo HY, Lo J, Moffatt C, Taliaferro JM (2022). "El papel de la poliadenilación alternativa en la regulación de la localización subcelular del ARN" . Frontiers in Genetics . 12 818668. doi : 10.3389/fgene.2021.818668 . PMC 8795681. PMID 35096024 .  
  8. ↑ Murthy KG, Manley JL (noviembre de 1995). "La subunidad de 160 kD del factor de especificidad de escisión-poliadenilación humano coordina la formación del extremo 3' del pre-ARNm" . Genes & Development . 9 (21): 2672–2683 . doi : 10.1101/gad.9.21.2672 . PMID 7590244 . 
  9. ↑ Casañal A, Kumar A, Hill CH, Easter AD, Emsley P, Degliesposti G, et al. (noviembre de 2017). "Arquitectura de la maquinaria de procesamiento del extremo 3' del ARNm eucariota" . Science . 358 (6366): 1056–1059 . Bibcode : 2017Sci...358.1056C . doi : 10.1126/science.aao6535 . PMC 5788269. PMID 29074584 .   
  10. ↑ Shimberg GD, Michalek JL, Oluyadi AA, Rodrigues AV, Zucconi BE, Neu HM, et al. (abril de 2016). "Factor de especificidad de escisión y poliadenilación 30: una proteína de dedo de zinc de unión a ARN con un clúster 2Fe-2S inesperado" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 113 (17): 4700– 4705. Bibcode : 2016PNAS..113.4700S . doi : 10.1073/pnas.1517620113 . PMC 4855568. PMID 27071088 .   
  11. 1 2 Bentley DL (junio de 2005). "Reglas de interacción: reclutamiento cotranscripcional de factores de procesamiento de pre-ARNm". Current Opinion in Cell Biology . Núcleo y expresión génica. 17 (3): 251– 256. doi : 10.1016/j.ceb.2005.04.006 . PMID 15901493 . 
  12. ↑ Stumpf G, Domdey H (noviembre de 1996). "Dependencia del procesamiento del extremo 3' del pre-ARNm de levadura en CFT1: un homólogo de secuencia del factor de unión AAUAAA de mamíferos". Science . 274 (5292): 1517– 1520. Bibcode : 1996Sci...274.1517S . doi : 10.1126/science.274.5292.1517 . JSTOR 2892223 . PMID 8929410 . S2CID 34840144 .   
  13. 1 2 Gruber AR, Martin G, Keller W, Zavolan M (marzo de 2014). "Medios para un fin: mecanismos de poliadenilación alternativa de precursores de ARN mensajero" . Wiley Interdisciplinary Reviews. RNA . 5 (2): 183– 196. doi : 10.1002/wrna.1206 . PMC 4282565. PMID 24243805 .  

Lecturas adicionales

  • Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J (2004). Biología celular molecular (5.ª  ed.). Nueva York, NY: WH Freeman.
  • Murthy KG, Manley JL (noviembre de 1995). "La subunidad de 160 kD del factor de especificidad de escisión-poliadenilación humano coordina la formación del extremo 3' del pre-ARNm" . Genes & Development . 9 (21): 2672– 2683. doi : 10.1101/gad.9.21.2672 . PMID 7590244 . 
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