Riboswitch de fluoruro

El riboswitch de fluoruro (anteriormente llamado motivo de ARN crcB ) es una estructura de ARN conservada identificada mediante bioinformática en una amplia variedad de bacterias y arqueas . ^{[ 1 ]} Posteriormente se demostró que estos ARN funcionan como riboswitches que detectan iones fluoruro . ^{[ 2 ]} Estos "riboswitches de fluoruro" aumentan la expresión de genes posteriores cuando los niveles de fluoruro son elevados, y se propone que estos genes ayudan a mitigar los efectos tóxicos de niveles muy altos de fluoruro.

Se presume que muchos genes están regulados por estos ribointerruptores de fluoruro. Dos de las proteínas codificadas más comunes que se proponen funcionan eliminando el fluoruro de la célula son las proteínas CrcB y un subtipo de canales de cloruro específicos para fluoruro denominados EriC ^F o ClC ^F. Se ha demostrado que las proteínas ClC ^{F funcionan como antiportadores de fluoruro/} protón específicos para fluoruro . ^{[ 3 ]}

La estructura tridimensional de un riboswitch de fluoruro se ha resuelto a resolución atómica mediante cristalografía de rayos X. ^{[ 4 ]}

Los ribointerruptores de fluoruro se encuentran en muchos organismos de los dominios bacteria y arquea , lo que indica que muchos de estos organismos a veces se exponen a niveles elevados de fluoruro. De particular interés es Streptococcus mutans , una de las principales causas de caries dental . Se ha demostrado que el fluoruro de sodio inhibe la tasa de crecimiento de S. mutans utilizando glucosa como fuente de energía y carbono. ^{[ 5 ]} Sin embargo, también cabe destacar que muchos organismos que no se exponen al fluoruro en la boca humana poseen ribointerruptores de fluoruro o genes de resistencia.

La identidad del fluoruro como ligando del riboswitch se descubrió accidentalmente cuando un compuesto contaminado con fluoruro provocó cambios conformacionales significativos en el motivo de ARN crcB no codificante durante un experimento de sondeo en línea. ^{[ 2 ]} El sondeo en línea se utilizó para dilucidar la estructura secundaria del motivo de ARN crcB y los cambios estructurales asociados con la posible unión a metabolitos o iones específicos. ^{[ 6 ]} Los resultados del sondeo mostraron que la adición de concentraciones crecientes de iones fluoruro suprimió ciertas regiones de escisión espontánea del ARN y aumentó otras regiones. Estas regiones de nucleótidos en el motivo de ARN crcB desempeñan funciones importantes en la región de unión del aptámero para el fluoruro. ^{[ 2 ]}

Tras la unión de iones fluoruro, el riboswitch de fluoruro mostró regulación de la transcripción de genes posteriores. ^{[ 2 ]} Estos genes posteriores transcriben enzimas sensibles al fluoruro ^{[ 2 ]} como la enolasa , la pirofosfatasa , el presunto exportador de fluoruro CrcB y una superfamilia de proteínas de membrana CLC llamadas proteínas Eric ^{F. [ 3 ]} Se ha demostrado que las proteínas CLC ^{F funcionan como transportadores de fluoruro contra la toxicidad del fluoruro. [ 3 ]} El gen eric ^F es una versión mutante del gen del canal de cloruro que es menos común en bacterias que los homólogos específicos de cloruro , pero que, sin embargo, se encuentra en el genoma de Streptococcus mutans . ^{[ 7 ]} La proteína Eric ^F en particular lleva aminoácidos específicos en sus canales que se dirigen a los aniones fluoruro, mientras que la proteína Eric normal favorece los iones cloruro sobre los iones fluoruro. ^{[ 2 ]}

El descubrimiento del riboswitch de fluoruro fue sorprendente ya que tanto los iones fluoruro como los grupos fosfato del ARN crcB tienen carga negativa y no deberían poder unirse entre sí. ^{[ 2 ]} Investigaciones previas abordaron esta cuestión al dilucidar el riboswitch de pirofosfato de tiamina (TPP) cofactor. La estructura del riboswitch de TPP mostró la asistencia de dos iones Mg ²⁺ hidratados que ayudan a estabilizar la conexión entre los fosfatos de TPP y las bases de guanina del ARN. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Esta investigación guía ayudó a caracterizar las interacciones del riboswitch de fluoruro con el fluoruro y su estructura. A través de estudios de sondeo en línea y mutación, se reconoció que el riboswitch de fluoruro del organismo Thermotoga petrophila tiene dos tallos helicoidales unidos por un bucle helicoidal con la capacidad de convertirse en un pseudonudo . ^{[ 10 ]} Se ha descubierto que el ligando fluoruro unido se encuentra en el centro del pliegue del riboswitch, rodeado por tres iones Mg²⁺. Los iones Mg²⁺ ^{están coordinados} octaédricamente con cinco fosfatos de la cadena principal externa y moléculas de agua, creando una cavidad específica para el metabolito que permite la coordinación del ligando fluoruro para su unión. La ubicación de los iones Mg²⁺ ^posiciona al ion fluoruro dentro del andamiaje de ARN crcB, que tiene carga negativa . ^{[ 10 ]}

En la corteza terrestre , el flúor es el decimotercer elemento más abundante. ^{[ 2 ]} Se utiliza comúnmente en productos para el cuidado bucal y en el agua. ^{[ 2 ]} El flúor actúa como agente endurecedor con la base del esmalte dental, remineralizándolo y protegiéndolo de los ácidos fuertes y las bacterias en la cavidad bucal. ^{[ 11 ]} Además, su importancia radica en el efecto de la toxicidad del flúor en altas concentraciones sobre las bacterias, especialmente aquellas que causan caries dental . Se sabe desde hace tiempo que muchas especies encapsulan un sistema sensor para metales tóxicos como el cadmio y la plata. ^{[ 2 ]} Sin embargo, se desconocía un sistema sensor contra el flúor. El riboswitch de flúor explica el mecanismo de defensa bacteriana para contrarrestar la toxicidad de altas concentraciones de flúor regulando los genes posteriores del riboswitch al unirse al ligando de flúor. ^{[ 2 ]} Una mayor comprensión del mecanismo de cómo las bacterias se protegen de la toxicidad del flúor puede ayudar a modificar el mecanismo para que concentraciones más bajas de flúor sean aún más letales para las bacterias. Además, el riboswitch de fluoruro y los genes regulados posteriores pueden ser objetivos potenciales para el desarrollo de fármacos en el futuro.