ARN mensajero de transferencia

La estructura secundaria completa del tmRNA de E. coli se dilucidó mediante análisis comparativo de secuencias y sondeo estructural . ^{[ 5 ] [ 6 ]} Los pares de bases Watson-Crick y GU se identificaron comparando las secuencias de tmRNA bacteriano utilizando métodos computacionales automatizados en combinación con procedimientos de alineación manual . ^{[ 7 ] [ 8 ]} La figura adjunta muestra el patrón de apareamiento de bases de este tmRNA prototípico, que está organizado en 12 hélices con soporte filogenético (también llamadas apareamientos P1 a P12), algunas divididas en segmentos helicoidales.

Una característica destacada de cada tmRNA es el dominio conservado similar al ARNt (TLD), compuesto por las hélices 1, 12 y 2a (análogas del tallo aceptor del ARNt, el tallo T y el tallo variable, respectivamente), y que contiene los extremos 5' monofosfato y 3' CCA alanilado. La región similar al ARNm (MLR) es, en el tmRNA estándar, un gran bucle que contiene pseudonudos y una secuencia codificante (CDS) para el péptido de etiqueta , marcado por el codón de reanudación y el codón de parada . El péptido de etiqueta codificado (ANDENYALAA en E. coli ) varía entre bacterias, posiblemente dependiendo del conjunto de proteasas y adaptadores disponibles. ^{[ 9 ]}

Los tmRNA suelen contener cuatro pseudonudos , uno (pk1) corriente arriba del CDS del péptido de etiqueta y los otros tres (pk2 a pk4) corriente abajo del CDS. Las regiones de pseudonudos, aunque generalmente conservadas, son evolutivamente plásticas. Por ejemplo, en los tmRNA (de una sola pieza) de las cianobacterias , pk4 se sustituye por dos pseudonudos más pequeños dispuestos en tándem. Esto sugiere que el plegamiento del tmRNA fuera del TLD puede ser importante, sin embargo, la región de pseudonudos carece de residuos conservados y los pseudonudos se encuentran entre las primeras estructuras que se pierden a medida que las secuencias ssrA divergen en los linajes de plastidios y endosimbiontes. El apareamiento de bases en la región de tres pseudonudos del tmRNA de E. coli se interrumpe durante la trans- traducción . ^{[ 7 ] [ 10 ]}

Se ha informado de ssrA con permutación circular en tres linajes principales: i) todas las alfaproteobacterias y las mitocondrias primitivas de los protistas jakóbidos, ii) dos grupos disjuntos de cianobacterias ( Gloeobacter y un clado que contiene Prochlorococcus y muchos Synechococcus ), y iii) algunos miembros de las betaproteobacterias ( Cupriavidus y algunos Rhodocyclales). ^{[ 11 ] [ 12 ]} Todos producen la misma forma general de dos piezas (piezas aceptora y codificante), equivalente a la forma estándar cortada corriente abajo del marco de lectura. Ninguno retiene más de dos pseudonudos en comparación con los cuatro (o más) del tmRNA estándar.

Las alfaproteobacterias tienen dos secuencias características: la sustitución de la secuencia típica del bucle T, TΨCRANY, por GGCRGUA, y la secuencia AACAGAA en el bucle grande del pseudonudo 3'-terminal. En las mitocondrias, se ha perdido la MLR, y una notable repermutación del ssrA mitocondrial da como resultado un pequeño producto de una sola pieza en Jakoba libera . ^{[ 13 ]}

Las cianobacterias constituyen el caso más plausible para la evolución de un gen permutado a partir de un gen estándar, debido a las notables similitudes de secuencia entre los dos tipos de genes tal como aparecen en diferentes cepas de Synechococcus .

La mayoría de los tmRNA se transcriben como precursores más grandes que se procesan de forma muy similar al tRNA . La escisión en el extremo 5´ la realiza la ribonucleasa P. [ ^{4 ] Varias} exonucleasas pueden participar en el procesamiento del extremo 3´ del tmRNA, aunque la RNasa T y la RNasa PH son las más eficaces. ^{[ 14 ] [ 15 ]} Dependiendo de la especie bacteriana, el 3'-CCA está codificado o añadido por la tRNA nucleotidiltransferasa .

Un procesamiento similar en sitios internos del ARNm precursor permutado explica su división física en dos piezas. Los ARNm de dos piezas tienen dos extremos adicionales cuyo procesamiento debe considerarse. Para las alfaproteobacterias, un extremo 5' es el sitio de inicio de la transcripción no procesado. ^{[ 16 ]} El extremo 3' más alejado puede ser, en algunos casos, el resultado de una terminación independiente de rho.

Actualmente no se dispone de estructuras de alta resolución de las moléculas completas de tmRNA y su obtención puede resultar difícil debido a la flexibilidad inherente del MLR. En 2007, se obtuvo la estructura cristalina del TLD de Thermus thermophilus unido a la proteína SmpB con una resolución de 3 Å. Esta estructura muestra que SmpB imita el tallo D y el anticodón de un tRNA canónico, mientras que la sección helicoidal 2a del tmRNA corresponde al brazo variable del tRNA. ^{[ 18 ]} Un estudio de criomicroscopía electrónica del tmRNA en una etapa temprana de la trans -traducción muestra la relación espacial entre el ribosoma y el tmRNP (tmRNA unido a la proteína EF-Tu ). El TLD se localiza cerca del centro asociado a la GTPasa en la subunidad ribosomal 50S; la hélice 5 y los pseudonudos pk2 a pk4 forman un arco alrededor del pico de la subunidad ribosomal 30S. ^{[ 19 ]}

Los genes de ARNm mitocondrial se reconocieron inicialmente como secuencias cortas conservadas entre los jakóbidos y que tienen el potencial de plegarse en una estructura secundaria distinta similar a la del ARNt. Con la disponibilidad de nueve secuencias completas de ADNmt de jakóbidos , ^{[ 29 ]} y una herramienta de búsqueda de covarianza significativamente mejorada (Infernal; ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]} ), se ha desarrollado un modelo de covarianza basado en los ARNm mitocondriales de jakóbidos , que identificó genes ssrA mitocondriales también en oomicetos . En la actualidad, se han detectado un total de 34 ARNm mitocondriales de oomicetos en seis géneros: Albugo , Bremia , Phytophthora , Pseudoperonospora , Pythium y Saprolegnia . Un modelo de covarianza construido con secuencias tanto de jakóbidos como de oomicetos está ahora disponible en Rfam bajo el nombre 'mt-tmRNA'. ^{[ 30 ]}

El tmRNA bacteriano estándar consta de un dominio similar al tRNA(Ala) (que permite la adición de una alanina no codificada a los ARNm que carecen de una secuencia de parada) y un dominio similar al ARNm que codifica una etiqueta proteica que destina el polipéptido a la proteólisis. El dominio similar al ARNm se perdió en los mt-tmRNA. El análisis comparativo de secuencias indica características típicas de los mt-tmRNA. ^{[ 30 ]} La secuencia primaria más conservada es la del tallo aceptor de aminoacilo. Esta porción de la molécula tiene un residuo A invariable en la posición discriminadora y un par GU en la posición 3 (excepto en S. eculamonas ecuadoriensis , que tiene un par GC); esta posición es el sitio de reconocimiento para la alanil tRNA sintasa. P2 es una hélice de longitud variable (de 3 a 10 pares de bases) y corresponde al tallo del anticodón de los ARNt, pero sin un bucle de anticodón (ya que no es necesario para la función del tmRNA). P2 estabiliza la estructura similar al ARNt, pero cuatro nucleótidos invariantes en oomicetos y jakóbidos sugieren una función adicional, actualmente no identificada. P3 tiene cinco pares de bases y corresponde al brazo T de los ARNt, pero con diferentes nucleótidos consenso tanto en la región apareada como en el bucle. La secuencia del bucle T está conservada en oomicetos y jakóbidos , con solo algunas desviaciones (por ejemplo, Saprolegnia ferax ). Finalmente, en lugar del tallo D similar al ARNt con un bucle D acortado de tres nucleótidos característico de los ARNmt bacterianos, las contrapartes mitocondriales tienen un bucle de 5 a 14 nt de longitud altamente variable. La secuencia intermedia (Int.) de los ARNmt mt de dos piezas es rica en A+U y de longitud irregular (4-34 nt). Para modelos de estructura secundaria de ARNmt mt de una y dos piezas, véase la Figura 1.

Los datos de RNA-Seq de Phytophthora sojae muestran un nivel de expresión similar al de los tRNA mitocondriales vecinos , y cuatro sitios de procesamiento principales confirman los extremos predichos del mt-tmRNA maduro. ^{[ 30 ]} Es probable que la molécula precursora de tmRNA sea procesada por la RNasa P y una endonucleasa de procesamiento de tRNA 3' (véase la Figura 2); se supone que esta última actividad conduce a la eliminación de la secuencia intermedia. Tras la adición de CCA en el nucleótido discriminador 3', el tmRNA puede ser cargado por la alanil-tRNA sintetasa con alanina.