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Ribonucleasa

La ribonucleasa (comúnmente abreviada como RNasa ) es un tipo de nucleasa que cataliza la degradación del ARN en componentes más pequeños. Las ribonucleasas se dividen en endorr...

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La ribonucleasa (comúnmente abreviada como RNasa ) es un tipo de nucleasa que cataliza la degradación del ARN en componentes más pequeños. Las ribonucleasas se dividen en endorribonucleasas y exorribonucleasas , y comprenden varias subclases dentro de las clases de enzimas EC 2.7 (para las enzimas fosforolíticas) y 3.1 (para las enzimas hidrolíticas).

Función

Las ribonucleasas se encuentran en todos los dominios de la vida, así como en los virus. Si bien algunas familias de RNasas, como las RNasas tipo EndoU, son ubicuas, otras, como la RNasa A , solo se encuentran en un subconjunto de vertebrados. [ 2 ] Las RNasas desempeñan un papel en multitud de procesos, incluyendo la defensa antiviral, la regulación del ARNm, la maduración del ARN codificante y no codificante , la interferencia de ARN y la replicación en retrovirus . [ 3 ]

Algunas células también secretan grandes cantidades de ARNasas no específicas, como la A y la T1. Por lo tanto, las ARNasas son extremadamente comunes, lo que resulta en una vida útil muy corta para cualquier ARN que no se encuentre en un entorno protegido. Todos los ARN intracelulares están protegidos de la actividad de las ARNasas mediante diversas estrategias, que incluyen la protección del extremo 5' , la poliadenilación del extremo 3' , la formación de un dúplex de ARN·ARN y el plegamiento dentro de un complejo de ARN-proteína ( partícula de ribonucleoproteína o RNP).

Otro mecanismo de protección es el inhibidor de ribonucleasa (RI) , que se une a ciertas ribonucleasas con la mayor afinidad de cualquier interacción proteína-proteína ; la constante de disociación para el complejo RI-RNasa A está entre 10⁻¹⁴ y 10⁻¹⁶ M en condiciones fisiológicas. [ 4 ] Los inhibidores de RNasa recombinantes (RRI), que son RI sintetizados in vitro, se utilizan en la mayoría de los laboratorios que estudian el ARN para proteger sus muestras contra la degradación por RNasas ambientales. [ 5 ]

De forma similar a las enzimas de restricción , que cortan secuencias altamente específicas de ADN de doble cadena , recientemente se han clasificado diversas endorribonucleasas que reconocen y cortan secuencias específicas de ARN de cadena simple. [ 6 ]

Las RNasas desempeñan un papel fundamental en muchos procesos biológicos, incluyendo la angiogénesis y la autoincompatibilidad en plantas con flores (angiospermas). [ 7 ] [ 8 ] Se ha demostrado que muchas toxinas de respuesta al estrés de los sistemas toxina-antitoxina procariotas tienen actividad y homología de RNasa . [ 9 ]

Clasificación

Principales tipos de endorribonucleasas

Estructura de la RNasa A
  • EC 4.6.1.18 : La RNasa A es una RNasa que se usa comúnmente en investigación. La RNasa A ( p. ej ., ribonucleasa A pancreática bovina: PDB : 2AAS ) es una de las enzimas más resistentes en el uso común de laboratorio; un método para aislarla es hervir un extracto celular crudo hasta que todas las enzimas, excepto la RNasa A, se desnaturalicen . Es específica para ARN monocatenarios. Escinde el extremo 3' de los residuos de C y U no apareados, formando finalmente un producto 3'-fosforilado a través de un intermedio monofosfato cíclico 2',3'. [ 10 ] [ 11 ] No requiere ningún cofactor para su actividad. [ 12 ]
  • EC 3.1.26.4 : La RNasa H es una ribonucleasa que escinde el ARN en un dúplex de ADN/ARN para producir ADN monocatenario. La RNasa H es una endonucleasa no específica y cataliza la escisión del ARN mediante un mecanismo hidrolítico, con la ayuda de un ion metálico divalente unido a la enzima. La RNasa H deja un producto fosforilado en 5'. [ 13 ]
  • EC 3.1.26.3 : La RNasa III es un tipo de ribonucleasa que escinde el ARNr (ARNr 16S y ARNr 23S ) del operón de ARN policistrónico transcrito en procariotas. También digiere el ARN bicatenario (ARNdc) de la familia Dicer de ARNasas, cortando el pre-miARN (de 60 a 70 pares de bases) en un sitio específico y transformándolo en miARN (de 22 a 30 pares de bases), que participa activamente en la regulación de la transcripción y la vida media del ARNm.
  • Número EC 3.1.26.-??: La RNasa L es una nucleasa inducida por interferón que, al activarse, destruye todo el ARN dentro de la célula.
  • EC3.1.26.5: RNase P is a type of ribonuclease that is unique in that it is a ribozyme – a ribonucleic acid that acts as a catalyst in the same way as an enzyme. One of its functions is to cleave off a leader sequence from the 5' end of one stranded pre-tRNA. RNase P is one of two known multiple turnover ribozymes in nature (the other being the ribosome). In bacteria RNase P is also responsible for the catalytic activity of holoenzymes, which consist of an apoenzyme that forms an active enzyme system by combination with a coenzyme and determines the specificity of this system for a substrate. A form of RNase P that is a protein and does not contain RNA has recently been discovered.[14]
  • EC number 3.1.??: RNase PhyM is sequence specific for single-stranded RNAs. It cleaves 3'-end of unpaired A and U residues.
  • EC4.6.1.24: RNase T1 is sequence specific for single-stranded RNAs. It cleaves 3'-end of unpaired G residues.
  • EC4.6.1.19: RNase T2 is sequence specific for single-stranded RNAs. It cleaves 3'-end of all 4 residues, but preferentially 3'-end of As.
  • EC4.6.1.20: RNase U2 is sequence specific for single-stranded RNAs. It cleaves 3'-end of unpaired A residues.
  • EC3.1.27.8: RNase V is specific for polyadenine and polyuridine RNA.
  • EC3.1.26.12: RNase E is a ribonuclease of plant origin, which modulates SOS responses in bacteria, for a response to the stress of DNA damage by activation of the SOS mechanism by the RecA/LexA dependent signal transduction pathway that transcriptionally depresses a multiplicity of genes leading to transit arrest of cell division as well as initiation of DNA repair.[15]
  • EC3.1.26.-: RNase G It is involved in processing the 16'-end of the 5s rRNA. It is related to chromosome separation and cell division. It is considered one of the components of cytoplasmic axial filament bundles. It is also thought that it can regulate the formation of this structure.[16]

Major types of exoribonucleases

Especificidad de la RNasa

El sitio activo se asemeja a un valle de rift donde todos los residuos del sitio activo forman la pared y el fondo del valle. El rift es muy delgado y el pequeño sustrato encaja perfectamente en el centro del sitio activo, lo que permite una interacción perfecta con los residuos. De hecho, el sitio presenta una ligera curvatura, la cual también posee el sustrato. Si bien la mayoría de las exo- y endorribonucleasas no suelen ser específicas de secuencia, recientemente se diseñó el sistema CRISPR /Cas, que reconoce y corta el ADN de forma nativa, para escindir el ARN monocatenario de manera específica de secuencia. [ 17 ]

Contaminación por RNasa durante la extracción de ARN

La extracción de ARN en experimentos de biología molecular se complica enormemente por la presencia de ribonucleasas ubicuas y resistentes que degradan las muestras de ARN. Ciertas RNasas pueden ser extremadamente resistentes y su inactivación es difícil en comparación con la neutralización de las DNasas . Además de las RNasas celulares que se liberan, existen varias RNasas presentes en el medio ambiente. Las RNasas han evolucionado para tener muchas funciones extracelulares en diversos organismos. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] Por ejemplo, la RNasa 7, un miembro de la superfamilia de la RNasa A , es secretada por la piel humana y actúa como una potente defensa antipatógena. [ 21 ] [ 22 ] En estas RNasas secretadas, la actividad enzimática de la RNasa puede incluso no ser necesaria para su nueva función exaptada . Por ejemplo, las RNasas inmunitarias actúan desestabilizando las membranas celulares de las bacterias. [ 23 ] [ 24 ]

Referencias

  1. ↑ Noguchi S (julio de 2010). "Mecanismo de isomerización del aspartato a isoaspartato inferido a partir de estructuras de la ribonucleasa U2 de Ustilago sphaerogena complejada con adenosina 3'-monofosfato". Acta Crystallographica D. 66 ( Pt 7): 843–9 . doi : 10.1107/S0907444910019621 . PMID 20606265 . 
  2. ↑ Mushegian, Arcady; Sorokina, Irina; Eroshkin, Alexey; Dlakić, Mensur (julio de 2020). "Una antigua conexión evolutiva entre las familias Ribonucleasa A y EndoU" . RNA . 26 ( 7): 803–813 . doi : 10.1261/rna.074385.119 . ISSN 1355-8382 . PMC 7297114. PMID 32284351 .   
  3. ↑ Nicholson, Allen W., ed. (2011). Ribonucleasas . Ácidos nucleicos y biología molecular. Berlín, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. pp. v– vi. doi : 10.1007/978-3-642-21078-5 . ISBN  978-3-642-21077-8.
  4. ↑ Shapiro, Robert (2001), "Inhibidor de la ribonucleasa citoplasmática" , Methods in Enzymology , vol. 341, Elsevier, pp. 611–628 , doi : 10.1016/s0076-6879(01)41180-3 , ISBN   978-0-12-182242-2, consultado el 21 de octubre de 2025
  5. ↑ Noble, Joyce Carol; Lentini, Antonio; Hagemann-Jensen, Michael; Sandberg, Rickard; Reinius, Björn (27 de septiembre de 2024). "Introducción de inhibidores de ARNasa termoestables sintéticos a la secuenciación de ARN de célula única" . Nature Communications . 15 (1). doi : 10.1038/s41467-024-52717-4 . ISSN 2041-1723 . PMC 11437267. PMID 39333520 .   
  6. ↑ Głów, Dawid; Nowacka, Martyna; Skowronek, Krzysztof J.; Bujnicki, Janusz M. (18 de noviembre de 2016). "Endoribonucleasas específicas de secuencia" . Postępy Biochemii . 62 (3): 303– 314. doi : 10.18388/pb.2016_30 . ISSN 0032-5422 . 
  7. ↑ Sporn MB, Roberts AB (6 de diciembre de 2012). Factores de crecimiento peptídicos y sus receptores II . Springer Science & Business Media. pág. 556. ISBN  978-3-642-74781-6.
  8. ↑ Raghavan V (6 de diciembre de 2012). Biología del desarrollo de las plantas con flores . Springer Science & Business Media. pág. 237. ISBN  978-1-4612-1234-8.
  9. ↑ Ramage HR, Connolly LE, Cox JS (diciembre de 2009). "Análisis funcional integral de los sistemas toxina-antitoxina de Mycobacterium tuberculosis: implicaciones para la patogénesis, las respuestas al estrés y la evolución" . PLOS Genetics . 5 (12) e1000767. doi : 10.1371/journal.pgen.1000767 . PMC 2781298. PMID 20011113 .  
  10. ↑ Raines RT (mayo de 1998). "Ribonucleasa A". Chemical Reviews . 98 (3): 1045– 66. doi : 10.1021/cr960427h . PMID 11848924 . 
  11. ↑ Cuchillo CM, Nogués MV, Raines RT (septiembre de 2011). "Ribonucleasa pancreática bovina: cincuenta años del primer mecanismo de reacción enzimática" . Biochemistry . 50 ( 37): 7835–41 . doi : 10.1021/bi201075b . PMC 3172371. PMID 21838247 .  
  12. ↑ "Kits de preparación de bibliotecas" . Archivado del original el 19 de mayo de 2014. Consultado el 12 de junio de 2014 .
  13. ↑ Nowotny M (febrero de 2009). "Superfamilia de integrasas retrovirales: la perspectiva estructural" . EMBO Reports . 10 (2): 144– 51. doi : 10.1038/embor.2008.256 . PMC 2637324. PMID 19165139 .  
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  15. ↑ Shamsher S. Kanwar*, Puranjan Mishra, Khem Raj Meena, Shruti Gupta y Rakesh Kumar, Ribonucleasas y sus aplicaciones, 2016, Journal of Advanced Biotechnology and Bioengineering
  16. ^ Wachi M, Umitsuki G, Shimizu M, Takada A, Nagai K. El gen cafA de Escherichia coli codifica una nueva RNasa, denominada RNasa G, involucrada en el procesamiento del extremo 5 'del ARNr 16S. Biochem Biophys Res Commun. 1999;259(2):483‐488. doi:10.1006/bbrc.1999.0806
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  18. ↑ Rossier O, Dao J, Cianciotto NP (marzo de 2009). "Una RNasa secretada de tipo II de Legionella pneumophila facilita la infección intracelular óptima de Hartmannella vermiformis" . Microbiology . 155 ( Pt 3): 882–90 . doi : 10.1099/mic.0.023218-0 . PMC 2662391. PMID 19246759 .  
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Fuentes

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  • Gerdes K, Christensen SK y Lobner-Olesen A (2005). "Loci de respuesta al estrés toxina-antitoxina en procariotas". Nat. Rev. Microbiol. (3) 371–382.
  • Base de datos de enzimas de la IUBMB para EC 3.1
  • Base de datos integrada de enzimas para EC 3.1