Terminator (genética)

Los terminadores de transcripción dependientes de Rho requieren una proteína grande llamada factor Rho que exhibe actividad de ARN helicasa para interrumpir el complejo transcripcional ARNm-ADN-ARN polimerasa. Los terminadores dependientes de Rho se encuentran en bacterias y fagos . El terminador dependiente de Rho se encuentra corriente abajo de los codones de parada de la traducción y consiste en una secuencia no estructurada, rica en citosina, en el ARNm conocida como sitio de utilización de Rho ( rut ) ^{[ 1 ]} y un punto de parada de transcripción corriente abajo ( tsp ). El rut sirve como sitio de carga de ARNm y como activador de Rho; la activación permite a Rho hidrolizar eficientemente ATP y translocarse a lo largo del ARNm mientras mantiene contacto con el sitio rut. Rho puede alcanzar a la ARN polimerasa porque está detenida en los sitios tsp corriente abajo . Múltiples secuencias diferentes pueden funcionar como un sitio tsp. ^{[ 2 ]} El contacto entre Rho y el complejo de la ARN polimerasa estimula la disociación del complejo transcripcional a través de un mecanismo que implica efectos alostéricos de Rho sobre la ARN polimerasa. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Los terminadores de transcripción intrínsecos o terminadores independientes de Rho requieren la formación de una estructura de horquilla autoapareada en el transcrito en elongación, lo que resulta en la disrupción del complejo ternario ARNm-ADN-ARN polimerasa . La secuencia terminadora en el ADN contiene una región rica en GC de 20 pares de bases con simetría diádica, seguida de un corto tracto de poli-A o "segmento A", que se transcribe para formar la horquilla terminadora y un "tracto U" de 7 a 9 nucleótidos, respectivamente. Se postula que el mecanismo de terminación ocurre a través de una combinación de promoción directa de la disociación mediante efectos alostéricos de las interacciones de unión de la horquilla con la ARN polimerasa y "cinética competitiva". La formación de la horquilla causa el bloqueo y la desestabilización de la ARN polimerasa, lo que lleva a una mayor probabilidad de que la disociación del complejo ocurra en esa ubicación debido al mayor tiempo de pausa en ese sitio y la menor estabilidad del complejo. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Además, el factor proteico de elongación NusA interactúa con la ARN polimerasa y la estructura en horquilla para estimular la terminación transcripcional. ^{[ 7 ]}

Una de las principales rutas de terminación en arqueas está guiada por la secuencia del propio transcrito. En muchas arqueas, la señal de parada principal es una corta secuencia de uridinas en el ARN. Estos tramos ricos en uridina pueden provocar que la ARN polimerasa de arqueas se detenga y libere el transcrito sin el prominente bucle en tallo aguas arriba que caracteriza a muchos terminadores intrínsecos bacterianos . Las secuencias que rodean el tramo rico en uridina aún pueden influir en la intensidad de la terminación, pero la región rica en uridina es la señal central. ^{[ 8 ] [ 11 ] [ 12 ]}

Una segunda vía principal utiliza el factor conservado aCPSF1 (Factor de Especificidad de Escisión y Poliadenilación en Arqueas), a menudo denominado FttA (Factor que termina la transcripción en Arqueas). Estas enzimas se encuentran en todos los filos de arqueas y son homólogas a la nucleasa eucariota CPSF -73. En lugar de depender únicamente de la liberación pasiva en un tracto rico en uracilo, aCPSF1/FttA reconoce regiones terminadoras ricas en uracilo, escinde el ARN cerca de su extremo 3' y promueve activamente la terminación de la transcripción. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 13 ]}

Algunas Euryarchaeota también utilizan un mecanismo diferente dependiente de factores que se basa en Eta (Euryarchaeota Termination Activity), una helicasa dependiente de ATP . Eta no termina la transcripción mediante la escisión del ARN. En cambio, actúa directamente sobre el complejo de elongación de la transcripción y utiliza la energía de la hidrólisis de ATP para desestabilizar dicho complejo y liberar el ARN naciente. También parece ser especialmente importante para eliminar los complejos de transcripción detenidos o bloqueados que, de otro modo, permanecerían en la plantilla. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

Una vez que el ARNm se completa y se escinde en la secuencia señal de poliadenilación, la hebra de ARN residual permanece unida al molde de ADN y a la subunidad de la ARN polimerasa II , continuando su transcripción. Tras esta escisión, una exonucleasa se une a la hebra de ARN residual y elimina los nucleótidos recién transcritos uno a uno (proceso denominado degradación del ARN), avanzando hacia la ARN polimerasa II unida. Esta exonucleasa es XRN2 (Exorribonucleasa 2 5'-3') en humanos. Este modelo propone que XRN2 degrada el ARN residual sin caperuza desde 5' a 3' hasta alcanzar la subunidad de la ARN polimerasa II. Esto provoca que la exonucleasa desplace la subunidad de la ARN polimerasa II al pasar junto a ella, finalizando la transcripción y eliminando la hebra de ARN residual.

De forma similar a la terminación dependiente de Rho, XRN2 desencadena la disociación de la ARN polimerasa II, ya sea empujando la polimerasa fuera de la plantilla de ADN o extrayendo la plantilla de la ARN polimerasa. ^{[ 18 ]} Sin embargo, el mecanismo por el cual esto ocurre aún no está claro y se ha cuestionado que no sea la única causa de la disociación. ^{[ 19 ]}

Para proteger el ARNm transcrito de la degradación por la exonucleasa, se añade una caperuza 5' a la cadena. Esta caperuza, una guanina modificada que se agrega al extremo del ARNm, impide que la exonucleasa se una a la cadena de ARN y la degrade. Asimismo, se añade una cola de poli(A) 3' al extremo de la cadena de ARNm para protegerla de otras exonucleasas.

El modelo alostérico sugiere que la terminación ocurre debido al cambio estructural de la unidad de ARN polimerasa después de unirse o perder algunas de sus proteínas asociadas, lo que hace que se separe de la cadena de ADN después de la señal. ^{[ 17 ]} Esto ocurriría después de que la unidad de ARN pol II haya transcrito la secuencia señal de poli-A, que actúa como una señal de terminación.

La ARN polimerasa normalmente es capaz de transcribir el ADN en ARNm monocatenario de manera eficiente. Sin embargo, al transcribir sobre las señales de poliadenilación en la plantilla de ADN, se induce un cambio conformacional en la ARN polimerasa debido a la pérdida propuesta de proteínas asociadas de su dominio carboxilo terminal . Este cambio conformacional reduce la procesividad de la ARN polimerasa , lo que hace que la enzima sea más propensa a disociarse de su sustrato ADN-ARN. En este caso, la terminación no se completa mediante la degradación del ARNm, sino que se produce al limitar la eficiencia de elongación de la ARN polimerasa, lo que aumenta la probabilidad de que la polimerasa se disocie y finalice su ciclo de transcripción actual. ^{[ 16 ]}

Las distintas ARN polimerasas de los eucariotas tienen cada una su propio mecanismo de terminación. La Pol I es detenida por TTF1 (Nsi1 de levadura), que reconoce una secuencia de ADN corriente abajo; la endonucleasa es XRN2 (Rat1 de levadura). La Pol III puede terminar la transcripción en una secuencia de adeninas en la cadena molde. ^{[ 20 ]}

Finalmente, la Pol II también posee modos de terminación independientes de poli(A), necesarios para la transcripción de genes de snRNA y snoRNA. En levaduras, la proteína Nrd1 es la responsable, ^{[ 17 ]} junto con Nab3 (con múltiples homólogos humanos, incluyendo HNRNPC y RALY ) ^{[ 21 ]} y Sen1 , conformando colectivamente la vía "NNS". ^{[ 22 ]}

Algún mecanismo humano, posiblemente PCF11 , parece causar una terminación prematura cuando la polimerasa II transcribe genes del VIH. ^{[ 23 ]}