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Articulo de referencia

Intrón catalítico del grupo I

Los intrones del grupo I son grandes ribozimas de autoescisión . Catalizan su propia escisión de los precursores de ARNm , ARNt y ARNr en una amplia gama de organismos. [ 1 ] [ ...

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Los intrones del grupo I son grandes ribozimas de autoescisión . Catalizan su propia escisión de los precursores de ARNm , ARNt y ARNr en una amplia gama de organismos. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] La estructura secundaria central consta de nueve regiones apareadas (P1-P9). [ 5 ] Estas se pliegan en esencialmente dos dominios : el dominio P4-P6 (el dominio de "andamio", que se forma a partir del apilamiento de las hélices P5, P4, P6 y P6a) y el dominio P3-P9 (el dominio "catalítico", que se forma a partir de las hélices P8, P3, P7 y P9). [ 2 ] La marcación de la estructura secundaria para esta familia representa solo este núcleo conservado. Ciertas subclases de intrones del grupo I también contienen dominios estructurales periféricos que proporcionan soporte estructural adicional al intrón. [ 4 ] [ 6 ] Los intrones del grupo I a menudo tienen marcos de lectura abiertos largos insertados en regiones de bucle .

Catálisis

El empalme de los intrones del grupo I se procesa mediante dos reacciones de transesterificación secuenciales . [ 3 ] Primero, una guanosina exógena o un nucleótido de guanosina ( exoG ) se acopla al sitio de unión de G activo ubicado en P7, y luego su 3'-OH se alinea para atacar el enlace fosfodiéster en el sitio de empalme "corriente arriba" (más cerca del extremo 5') ubicado en P1, [ 6 ] lo que resulta en un grupo 3'-OH libre en el exón corriente arriba y el exoG se une al extremo 5' del intrón. Luego, la G terminal (omega G) del intrón intercambia el exoG y ocupa el sitio de unión de G, preparando la segunda reacción de transferencia de éster: el grupo 3'-OH del exón corriente arriba en P1 se alinea para atacar el sitio de empalme corriente abajo en P10, lo que lleva a la ligación de los exones corriente arriba y corriente abajo adyacentes y la liberación del intrón catalítico.

Se propuso que el mecanismo de dos iones metálicos observado en las polimerasas y fosfatasas de proteínas era utilizado por los intrones del grupo I y del grupo II para procesar las reacciones de transferencia de fosforilo, [ 7 ] lo cual fue probado inequívocamente por una estructura de alta resolución del intrón del grupo I de Azoarcus en 2006. [ 8 ]

Representación 3D del intrón catalítico del Grupo I. Esta vista muestra el sitio activo en la estructura cristalina de la ribozima de Tetrahymena . [ 9 ]
Representación 3D del intrón catalítico del Grupo I. Esta es la estructura cristalina de un complejo ribozima-producto del fago Twort del Grupo I. [ 10 ]
Representación 3D del intrón catalítico del Grupo I. Esta es la estructura de la ribozima de Tetrahymena con un sándwich triple de bases y un ion metálico en el sitio activo. [ 11 ]

Plegado de intrones

Desde principios de la década de 1990, los científicos comenzaron a estudiar cómo el intrón del grupo I alcanza su estructura nativa in vitro , y hasta ahora se han comprendido algunos mecanismos de plegamiento del ARN. [ 12 ] Se acepta que la estructura terciaria se pliega después de la formación de la estructura secundaria. Durante el plegamiento, las moléculas de ARN se pueblan rápidamente en diferentes intermedios de plegamiento; los intermedios que contienen interacciones nativas se pliegan aún más en la estructura nativa a través de una vía de plegamiento rápido, mientras que aquellos que contienen interacciones no nativas quedan atrapados en conformaciones no nativas metaestables o estables, y el proceso de conversión a la estructura nativa ocurre muy lentamente. Es evidente que los intrones del grupo I que difieren en el conjunto de elementos periféricos muestran diferentes potenciales para entrar en la vía de plegamiento rápido. Mientras tanto, el ensamblaje cooperativo de la estructura terciaria es importante para el plegamiento de la estructura nativa. Sin embargo, el plegamiento de los intrones del grupo I in vitro enfrenta desafíos tanto termodinámicos como cinéticos . Se ha demostrado que algunas proteínas de unión al ARN y chaperonas promueven el plegamiento de los intrones del grupo I in vitro y en bacterias, estabilizando los intermediarios nativos y desestabilizando las estructuras no nativas, respectivamente.

Distribución, filogenia y movilidad

Los intrones del grupo I se distribuyen en bacterias, eucariotas inferiores y plantas superiores. Sin embargo, su presencia en bacterias parece ser más esporádica que en eucariotas inferiores, y se han vuelto frecuentes en plantas superiores. Los genes que interrumpen los intrones del grupo I difieren significativamente: interrumpen genes de ARNr , ARNm y ARNt en genomas bacterianos, así como en genomas mitocondriales y cloroplásticos de eucariotas inferiores, pero solo invaden genes de ARNr en el genoma nuclear de eucariotas inferiores. En plantas superiores, estos intrones parecen estar restringidos a unos pocos genes de ARNt y ARNm de los cloroplastos y mitocondrias.

Los intrones del grupo I también se encuentran insertados en genes de una amplia variedad de bacteriófagos de bacterias Gram positivas . [ 13 ] Sin embargo, su distribución en los fagos de bacterias Gram negativas se limita principalmente a los bacteriófagos T4 , T-pares y similares a T7 . [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

Tanto la teoría del intrón temprano como la del intrón tardío han encontrado evidencias para explicar el origen de los intrones del grupo I. Algunos intrones del grupo I codifican la endonucleasa de homing (HEG), que cataliza la movilidad del intrón. Se propone que las HEG mueven el intrón de una ubicación a otra, de un organismo a otro, y por lo tanto explican la amplia propagación de los intrones egoístas del grupo I. Hasta el momento no se ha identificado ninguna función biológica para los intrones del grupo I, excepto el empalme de sí mismos del precursor para evitar la muerte del huésped del que dependen. También se ha descubierto que un pequeño número de intrones del grupo I codifica una clase de proteínas llamadas madurasas que facilitan el empalme del intrón .

Véase también

Referencias

  1. ↑ Nielsen H, Johansen SD (2009). "Intrones del grupo I: Avanzando en nuevas direcciones" . RNA Biol . 6 (4): 375–83 . doi : 10.4161/rna.6.4.9334 . PMID 19667762. Recuperado el 15 de julio de 2010 . 
  2. 1 2 Cate JH, Gooding AR, Podell E, et al. (septiembre de 1996). "Estructura cristalina de un dominio de ribozima del grupo I: principios del empaquetamiento del ARN". Science . 273 (5282): 1678– 85. Bibcode : 1996Sci...273.1678C . doi : 10.1126/science.273.5282.1678 . PMID 8781224 . S2CID 38185676 .   
  3. 1 2 Cech TR (1990). "Autoempalme de intrones del grupo I". Annu. Rev. Biochem . 59 : 543–68 . doi : 10.1146/annurev.bi.59.070190.002551 . PMID 2197983 . 
  4. 1 2 Liu, Tianshuo; Pyle, Anna Marie (2024-04-15). "Intrones del grupo I altamente reactivos ubicuos en hongos patógenos" . Journal of Molecular Biology . 436 (8) 168513. doi : 10.1016/j.jmb.2024.168513 . ISSN 1089-8638 . PMID 38447889 .  
  5. ↑ Woodson SA (junio de 2005). "Estructura y ensamblaje de intrones del grupo I". Curr. Opin. Struct. Biol . 15 (3): 324–30 . doi : 10.1016/j.sbi.2005.05.007 . PMID 15922592 . 
  6. 1 2 Liu, Tianshuo; Xu, Ling; Chung, Kevin; Sisto, Luke J.; Hwang, Jimin; Zhang, Chengxin; Van Zandt, Michael C.; Pyle, Anna Marie (2025-05-13). "Perspectivas moleculares sobre el reconocimiento de novo de moléculas pequeñas por una estructura de ARN intrónico" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 122 (19) e2502425122. Bibcode : 2025PNAS..12202425L . doi : 10.1073/pnas.2502425122 . ISSN 0027-8424 . PMC 12088405. PMID 40339124 .   
  7. ↑ Steitz, TA; Steitz JA (1993). "Un mecanismo general de dos iones metálicos para el ARN catalítico" . Proc Natl Acad Sci USA . 90 (14): 6498– 6502. Bibcode : 1993PNAS...90.6498S . doi : 10.1073 / pnas.90.14.6498 . PMC 46959. PMID 8341661 .  
  8. ↑ Stahley, MR; Strobel SA (2006). "Empalme de ARN: las estructuras cristalinas de los intrones del grupo I revelan la base de la selección del sitio de empalme y la catálisis de iones metálicos". Curr Opin Struct Biol . 16 (3): 319– 326. doi : 10.1016/j.sbi.2006.04.005 . PMID 16697179 . 
  9. ↑ Golden BL, Gooding AR, Podell ER, Cech TR (1998). "Un sitio activo preorganizado en la estructura cristalina de la ribozima de Tetrahymena". Science . 282 (5387): 259– 64. Bibcode : 1998Sci...282..259G . doi : 10.1126/science.282.5387.259 . PMID 9841391 . 
  10. ↑ Golden BL, Kim H, Chase E (2005). "Estructura cristalina de un complejo producto-ribozima del grupo I del fago Twort". Nat Struct Mol Biol . 12 (1): 82– 9. doi : 10.1038/nsmb868 . PMID 15580277. S2CID 33369317 .  
  11. ↑ Guo F, Gooding AR, Cech TR (2004). "Estructura de la ribozima de Tetrahymena: sándwich triple de bases e ion metálico en el sitio activo" . Mol Cell . 16 (3): 351– 62. doi : 10.1016/j.molcel.2004.10.003 . PMID 15525509 . 
  12. ↑ Brion P, Westhof E (1997). "Jerarquía y dinámica del plegamiento del ARN". Annu Rev Biophys Biomol Struct . 26 : 113–37 . doi : 10.1146/annurev.biophys.26.1.113 . PMID 9241415 . 
  13. 1 2 Edgell DR, Belfort M , Shub DA (octubre de 2000). "Barreras a la promiscuidad de intrones en bacterias" . J. Bacteriol . 182 (19): 5281– 9. doi : 10.1128/jb.182.19.5281-5289.2000 . PMC 110968 . PMID 10986228 .  
  14. ↑ Sandegren L, Sjöberg BM (mayo de 2004). "Distribución, homología de secuencia y localización de intrones del grupo I entre bacteriófagos similares a T-even: evidencia de transferencia reciente de intrones antiguos" . J. Biol. Chem . 279 (21): 22218–27 . doi : 10.1074/jbc.M400929200 . PMID 15026408 . 
  15. ↑ Bonocora RP, Shub DA (diciembre de 2004). "Un intrón de grupo I de autoescisión en genes de ADN polimerasa de bacteriófagos similares a T7" . J. Bacteriol . 186 (23): 8153–5 . doi : 10.1128/JB.186.23.8153-8155.2004 . PMC 529087. PMID 15547290 .  
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Lecturas adicionales

  • Chauhan, S; Caliskan G; Briber RM; Perez-Salas U; Rangan P; Thirumalai D; Woodson SA (2005). "Las interacciones terciarias del ARN median el colapso nativo de una ribozima bacteriana del grupo I". J Mol Biol . 353 (5): 1199– 1209. doi : 10.1016/j.jmb.2005.09.015 . PMID 16214167 . 
  • Haugen, P; Simon DM; Bhattacharya D (2005). "La historia natural de los intrones del grupo I". Trends in Genetics . 21 (2): 111– 119. doi : 10.1016/j.tig.2004.12.007 . PMID 15661357 . 
  • Rangan, P; Masquida, B; Westhof E; Woodson SA (2003). "Ensamblaje de hélices centrales y plegamiento terciario rápido de una pequeña ribozima bacteriana del grupo I" . Proc Natl Acad Sci USA . 100 (4): 1574– 1579. Bibcode : 2003PNAS..100.1574R . doi : 10.1073/pnas.0337743100 . PMC 149874. PMID 12574513 .  
  • Schroeder, R; Barta A; Semrad K (2004). "Estrategias para el plegamiento y ensamblaje del ARN". Nat Rev Mol Cell Biol . 5 (11): 908– 919. doi : 10.1038/nrm1497 . PMID 15520810 . S2CID 22030359 .  
  • Thirumalai, D; Lee N; Woodson SA; Klimov D (2001). "Early events in RNA folding". Annu Rev Phys Chem . 52 : 751– 762. Bibcode : 2001ARPC...52..751T . doi : 10.1146/annurev.physchem.52.1.751 . PMID 11326079 . 
  • Treiber, DK; Williamson JR (1999). "Exponiendo las trampas cinéticas en el plegamiento del ARN". Curr Opin Struct Biol . 9 (3): 339– 345. doi : 10.1016/S0959-440X(99)80045-1 . PMID 10361090 . 
  • Xiao, M; Leibowitz MJ; Zhang Y (2003). "Plegamiento concertado de una ribozima de Candida en la estructura catalíticamente activa posterior a una rápida compactación del ARN" . Nucleic Acids Res . 31 (14): 3901– 3908. doi : 10.1093/nar/gkg455 . PMC 165970. PMID 12853605 .  
  • Página para el Grupo I intron en Rfam