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Articulo de referencia

Riboconmutador PreQ1

El riboswitch PreQ 1 -I es un elemento que actúa en cis identificado en bacterias que regula la expresión de genes involucrados en la biosíntesis del nucleósido queuosina (Q) a ...

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El riboswitch PreQ 1 -I es un elemento que actúa en cis identificado en bacterias que regula la expresión de genes involucrados en la biosíntesis del nucleósido queuosina (Q) a partir de GTP . [1] PreQ 1 (pre-queuosina 1 ) es un intermediario en la vía de la queuosina, y el riboswitch preQ 1 , como un tipo de riboswitch , es un elemento de ARN que se une a preQ 1. El riboswitch preQ 1 se distingue por su aptámero inusualmente pequeño, en comparación con otros riboswitches. Se ha determinado su estructura tridimensional de resolución atómica, con el PDB ID 2L1V. [2] [3]

Precualificación1clasificación

Existen tres subcategorías del riboswitch PreQ 1 : preQ 1 -I, preQ 1 -II y preQ 1 -III. PreQ 1 -I tiene un aptámero claramente pequeño, que va de 25 a 45 nucleótidos de longitud, [4] en comparación con las estructuras del riboswitch PreQ 1 -II y el riboswitch preQ 1 -III . El riboswitch PreQ 1 -II, que solo se encuentra en Lactobacillales , tiene una secuencia y estructura de consenso más grande y más compleja que el riboswitch preQ 1 -I, con un promedio de 58 nucleótidos que componen su aptámero, que forma hasta cinco subestructuras de pares de bases. [5] El riboswitch PreQ 1 -III tiene una estructura distinta y también es más grande en tamaño de aptámero que el riboswitch preQ 1 -I, que varía desde tamaños de 33 a 58 nucleótidos. El riboswitch PreQ 1 -III tiene un pseudonudo organizado de manera atípica que no parece incorporar su plataforma de expresión descendente en su sitio de unión al ribosoma (RBS). [6]

Historia

Si bien preQ 1 se descubrió por primera vez como una secuencia anticodón de ARNt de E. coli en 1972, [7] el riboswitch preQ1 no se encontró por primera vez hasta 2004 [8] y se reconoció incluso más tarde. [9] El primer riboswitch preQ 1 informado se ubicó en el líder del operón ykvJKLM (queCDEF) de Bacillus subtilis que codifica cuatro genes necesarios para la producción de queuosina. [8] En este organismo, se cree que la unión de PreQ 1 al aptámero riboswitch induce la terminación prematura de la transcripción dentro del líder para regular a la baja la expresión de estos genes. Más tarde, el riboswitch preQ1 se identificó como una secuencia conservada en el UTR 5' de los genes en muchas bacterias grampositivas y se demostró que estaba asociado con la síntesis de preQ 1. [9 ]

En 2008, también se encontró una segunda clase de riboswitch preQ 1 ( riboswitches PreQ1-II ) como representante del motivo de ARN COG4708 de Streptococcus pneumoniae R6. [10] Aunque el riboswitch PreQ 1 -II también funciona como intermediario biosintético de queuosina, las características de reconocimiento estructural y molecular son distintas del riboswitch preQ1-I, lo que indica que los aptámeros naturales que utilizan diferentes estructuras para unirse al mismo metabolito pueden ser más comunes de lo que se sabe actualmente. [10]

Estructura y función

Estructura secundaria del riboswitch de clase 1 preQ1 de Bacillus subtilis ( Bsu ) obtenida de ( PDB : 3FU2 ) utilizando el software de estructura de ARN basado en la web, viennaRNA web services donde P1 y P2 son la región del tallo, y L1, L2 y L3 son la región del bucle. Estos dos tallos y tres bucles forman un pseudonudo de tipo H en presencia de preQ1.
Mecanismo de acoplamiento y desacoplamiento del riboswitch preQ1 en presencia y ausencia del ligando preQ1 (mostrado en naranja).
Estructuras PreQ1 Izquierda: Estructura libre ( PDB : 3Q51 ​) Derecha: Estructura ligada ( PDB : 3Q50 ​). Ambas generadas por PyMOL utilizando estructuras cristalinas existentes.

El riboswitch PreQ1 tiene dos tallos y tres bucles, y su estructura detallada se muestra a la derecha. [11] La acción de riboswitch de los riboswitches preQ 1 en bacterias está regulada por la unión del metabolito preQ 1 a la región del aptámero, lo que conduce a cambios estructurales en el ARN mensajero (ARNm) que gobierna la regulación genética descendente. [12] La estructura del riboswitch preQ 1 adopta un pseudonudo compacto de tipo H , lo que lo hace bastante diferente de otros riboswitches basados ​​en purina . [12] El ligando preQ 1 está enterrado en el núcleo del pseudonudo y se estabiliza a través de la intercalación entre pilas helicoidales y la interacción del enlace de hidrógeno con heteroátomos. En ausencia de preQ1, la región de cola P2 está alejada de la región de bucle P2 y, por lo tanto, se observa que el riboswitch está en estado desacoplado (parcialmente acoplado), mientras que en la unión de preQ 1 al riboswitch, las dos regiones P2 se acercan provocando un acoplamiento completo del riboswitch. Se observa que este mecanismo de acoplamiento y desacoplamiento del riboswitch con el cambio en la concentración del ligando preQ 1 controla la señalización de la regulación génica, comúnmente conocida como señalización "ON" o "OFF" para la expresión génica. [11] [13] Se observa que el mecanismo de acoplamiento y desacoplamiento se ve afectado no solo por el ligando, sino también por otros factores como la sal de Mg. [14] Como cualquier otro riboswitch, los dos tipos más comunes de regulación génica mediada por el riboswitch preQ 1 son a través de la atenuación de la transcripción o la inhibición de la iniciación de la traducción . La unión del ligando al riboswitch transcripcional en bacterias provoca una modificación en la estructura de la unidad de riboswitch, lo que conduce a un obstáculo en la actividad de la ARN polimerasa, lo que provoca la atenuación de la transcripción . De manera similar, la unión del ligando al riboswitch traduccional provoca una modificación en la estructura secundaria de la unidad de riboswitch, lo que conduce a un obstáculo para la unión del ribosoma y, por lo tanto, inhibe la iniciación de la traducción .

Regulación transcripcional

La atenuación transcripcional mediada por PreQ 1 está controlada por el cambio dinámico del antiterminador y la horquilla del terminador en el riboswitch. [11] Para el riboswitch preQ 1 de la bacteria Bacillus subtilis (Bsu), se predice que el antiterminador es menos estable que el terminador, ya que la adición de preQ 1 cambia el equilibrio significativamente hacia la formación del terminador. [11] En presencia de preQ 1 , el extremo 3' del dominio de cola rico en adenina se empareja con el centro del bucle de horquilla P1 para formar un pseudonudo de tipo H. [11] En la estructura nativa del ARNm, la unión de preQ 1 a la región del aptámero en el riboswitch conduce a la formación de una horquilla del terminador que hace que la ARN polimerasa detenga la transcripción, un proceso que se conoce comúnmente como regulación OFF de la expresión genética o terminación de la transcripción. [13]

Reglamento de traducción

La traducción de proteínas en procariotas se inicia mediante la unión de la subunidad ribosomal 30S a la secuencia Shine-Dalgarno (SD) en el ARNm . La inhibición mediada por PreQ 1 de la regulación de la traducción se controla bloqueando la secuencia Shine-Dalgarno del ARNm para evitar la unión del ribosoma al ARNm para la traducción . La unión de preQ1 al dominio del aptámero promueve el secuestro de una parte de la secuencia SD en el extremo 5' del tallo P2 del dominio del aptámero, lo que provoca la inaccesibilidad de la secuencia SD. [11] Se observa que el riboswitch traduccional de la bacteria Thermoanaerobacter tengcongensis ( Tte ) está cerrado transitoriamente (preacoplado) en ausencia de preQ 1 , mientras que en presencia de preQ 1 se adopta un estado completamente acoplado. Este equilibrio de acoplamiento/desacoplamiento no solo está regulado por la concentración de ligando, sino también por la concentración de sal de Mg. [14] [15] La falta de disponibilidad de la secuencia SD debido a la formación de un pseudonudo en presencia de preQ 1 muestra la desactivación de la expresión genética en el riboswitch traduccional o la inhibición de la iniciación traduccional.

Relevancia fisiológica en la regulación genética bacteriana

La actividad del riboswitch PreQ 1 en las bacterias Tte se puede medir por los niveles de dos proteínas que están en la región codificante del ARNm de Tte , que son TTE1564 y TTE1563. [16] Las proteínas aguas abajo del riboswitch preQ 1 biosintetizan una nucleobase llamada queuine y un nucleósido queuosina son inhibidos por la activación del riboswitch preQ1. Queuine está involucrado en la secuencia anticodón de ciertos ARNt . [17] En las bacterias, la nucleobase hipermodificada queuine ocupa la primera posición anticodón, o su posición de tambaleo en el ARNt de asparagina , ácido aspártico , histidina y tirosina . [18] En las bacterias, la enzima ARNt-guanina transglicosilasa (TGT) cataliza el intercambio de una guanina en la posición 34 del ARNt con queuina en la primera posición de anticodón. [15] [16] Los eucariotas incorporan queuina en el ARN, mientras que las eubacterias incorporan preQ 1 , que luego sufre una modificación para producir queuina. [17] Dado que la queuosina se produce exclusivamente en bacterias, los organismos eucariotas deben obtener su suministro de queuosina o su nucleobase queuina de su dieta o las bacterias de su microflora intestinal . La implicación de una deficiencia de queuina o queuosina es una incapacidad para producir ARNt modificado con queuosina y, además, la incapacidad de la célula para convertir la fenilalanina en tirosina . [19]

Véase también

Referencias

  1. ^ Roth A, Winkler WC, Regulski EE, Lee BW, Lim J, Jona I, Barrick JE, Ritwik A, Kim JN, Welz R, Iwata-Reuyl D, Breaker RR (2007). "Un riboswitch selectivo para el precursor de queuosina preQ1 contiene un dominio de aptámero inusualmente pequeño" . Nat Struct Mol Biol . 14 (4): 308–317. doi :10.1038/nsmb1224. PMID  17384645. S2CID  32367656.
  2. ^ Klein DJ, Edwards TE, Ferré-D'Amaré AR (marzo de 2009). "La estructura de cocristal de un riboswitch preQ1 de clase I revela un pseudonudo que reconoce una nucleobase hipermodificada esencial". Nat. Struct. Mol. Biol . 16 (3): 343–344. doi :10.1038/nsmb.1563. PMC 2657927. PMID  19234468 . 
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  4. ^ "RIBOSWITCHES: CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN y ENFOQUE INSILICO". Revista Internacional de Ciencias Farmacéuticas e Investigación (IJPSR) . 1 (9): 414. 2010.
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  • Página del riboswitch PreQ1 en Rfam
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