Elemento de respuesta al hierro

En biología molecular , el elemento de respuesta al hierro o elemento sensible al hierro ( IRE ) es un bucle corto conservado en forma de tallo al que se unen las proteínas de respuesta al hierro (IRP, también llamadas IRE-BP o IRBP). El IRE se encuentra en las UTR (regiones no traducidas) de varios ARNm cuyos productos participan en el metabolismo del hierro . Por ejemplo, el ARNm de la ferritina (una proteína de almacenamiento de hierro) contiene un IRE en su UTR 5' . Cuando la concentración de hierro es baja, las IRP se unen al IRE en el ARNm de la ferritina y provocan una reducción en la tasa de traducción. Por el contrario, la unión a múltiples IRE en la UTR 3' del receptor de transferrina (implicado en la adquisición de hierro) conduce a una mayor estabilidad del ARNm .

Las dos principales teorías describen cómo el hierro probablemente interactúa para influir en el control postraduccional de la transcripción. La teoría clásica sugiere que las IRP, en ausencia de hierro, se unen ávidamente al IRE del ARNm. Cuando el hierro está presente, interactúa con la proteína para provocar la liberación del ARNm. Por ejemplo, en condiciones de alto contenido de hierro en humanos, la IRP1 se une con un complejo hierro-azufre [4Fe-4S] y adopta una conformación de aconitasa inadecuada para la unión al IRE. Por el contrario, la IRP2 se degrada en condiciones de alto contenido de hierro. ^{[ 2 ]} Existe variación en la afinidad entre diferentes IRE y diferentes IRP. ^{[ 3 ]}

En la segunda teoría, dos proteínas compiten por el sitio de unión del IRE: tanto el IRP como el factor de iniciación eucariótico 4F (eIF4F). En ausencia de hierro, el IRP se une aproximadamente 10 veces más avidez que el factor de iniciación. Sin embargo, cuando el hierro interactúa en el IRE, provoca un cambio en la forma del ARNm, favoreciendo así la unión del eIF4F. ^{[ 4 ]} Varios estudios han identificado IRE no canónicos. ^{[ 5 ]} También se ha demostrado que el IRP se une a algunos IRE mejor que a otros. ^{[ 6 ]}

Detalles estructurales . La hélice superior de los IRE conocidos muestra una conservación estructural más fuerte en comparación con la hélice inferior. Las bases que componen las hélices son variables. La C abultada en el tallo medio es una característica muy característica (aunque se ha visto que es una G en el IRE de ferritina para langosta). ^{[ 7 ]} El bucle apical de los IRE conocidos consiste en el triplete AGA o AGU. Este está estrangulado por un GC apareado y hay adicionalmente una U, C o A abultada en la hélice superior. La estructura cristalina y los datos de RMN muestran una U abultada en el tallo inferior del IRE de ferritina. ^{[ 8 ]} Esto es consistente con la estructura secundaria predicha. Los IRE en muchos otros ARNm no tienen ningún soporte para esta U abultada. En consecuencia, se han creado dos modelos RFAM ^{[ 9 ]} para el IRE: uno con una U abultada y otro sin ella.

Los genes que se sabe que contienen IRE incluyen FTH1 , ^{[ 10 ]} FTL , ^{[ 11 ]} TFRC , ^{[ 12 ]} ALAS2 , ^{[ 13 ]} Sdhb, ^{[ 14 ]} ACO2 , ^{[ 15 ]} Hao1, ^{[ 16 ]} SLC11A2 (que codifica DMT1), ^{[ 3 ]} NDUFS1, ^{[ 17 ]} SLC40A1 (que codifica la ferroportina) ^{[ 18 ]} CDC42BPA , ^{[ 19 ]} CDC14A , ^{[ 20 ]} EPAS1 . ^{[ 21 ]}

En humanos, se ha demostrado que 12 genes se transcriben con la estructura IRE canónica, pero varias estructuras de ARNm, que no son canónicas, interactúan con las IRP y se ven influenciadas por la concentración de hierro. Se han desarrollado software y algoritmos para localizar más genes que también responden a la concentración de hierro. ^{[ 22 ]}

Rango taxonómico . El IRE se encuentra en un rango taxonómico diverso, principalmente en eucariotas pero no en plantas. ^{[ 23 ]}

Muchos genes regulados por IRE tienen funciones claras y directas en el metabolismo del hierro . Otros muestran una conexión menos obvia. ACO2 codifica una isomerasa que cataliza la isomerización reversible de citrato e isocitrato . ^{[ 24 ]} EPAS1 codifica un factor de transcripción involucrado en vías complejas de detección de oxígeno mediante la inducción de genes regulados por oxígeno en condiciones de bajo oxígeno. ^{[ 25 ]} CDC42BPA codifica una quinasa con una función en la reorganización del citoesqueleto . ^{[ 26 ]} CDC14A codifica una fosfatasa de doble especificidad implicada en el control del ciclo celular ^{[ 27 ]} y también interactúa con los centrosomas de interfase. ^{[ 28 ]}

• 5'UTR
• IRP

• Página para el elemento de respuesta de hierro - Modelo I en Rfam
• Página para el elemento de respuesta de hierro - Modelo II en Rfam
• Página de Transterm para Iron Responsive Element
• Archivos de intervalos genómicos con predicciones de IRE realizadas utilizando los modelos RFAM en el genoma humano hg18.
• Servidor de predicción de elementos responsivos de Iron archivado el 25/04/2012 en Wayback Machine