Procesamento do ARN

O procesamento do ARN é o conxunto de modificacións cotranscricionais e postranscricionais que sofre o transcrito primario dun ARN durante e despois da súa transcrición, fundamentalmente nas células eucarióticas para converterse nun ARN maduro plenamente funcional. Un exemplo notable é a conversión do ARNm precursor en ARNm maduro, que inclúe o seu splicing e a modificación dos seus extremos antes da síntese proteica. Este proceso é vital para unha correcta tradución do xenoma, xa que nos eucariotas os xenes e os transcritos primarios de ARNm conteñen intróns (rexións non codificantes), que deben ser eliminadas. O procesamento afecta tamén a outros tipos de ARN. É un proceso tipicamente eucariótico, xa que as bacterias non teñen intróns no ARNm, pero nos procariotas hai un procesamento de ARNs tamén. Outra forma de modificación dos transcritos de ARN é a súa edición, que consiste en realizar insercións, delecións, e substitucións de bases de nucleótidos na molécula de ARN despois da súa transcrición.

 Procesamento do ARNm 
Nos procariotas o ARNm non sofre modificacións e pode traducirse directamente (ás veces mesmo empeza a traducirse por un extremo cando o outro extremo aínda non completou a transcrición). Ao contrairo, nos eucariotas o ARNm sofre grandes modificacións no núcleo antes de ir ao citoplasma para iniciar a tradución. Nos eucariotas, a molécula de pre-ARNm sofre tres modificacións principais, que son: formación da carapucha 5' (ou 5' capping), poliadenilación, e splicing ou empalme, que ocorren no núcleo celular antes de que o ARN sexa traducido.

 Procesamento 5' 

 Formación da carapucha 5' 
A formación da carapucha 5' ou capping no pre-ARNm é a adición dunha molécula de 7-metilguanosina (m7G) ao extremo 5' do ARN. Para facelo, primeiro hai que eliminar o 5' fosfato terminal, o cal faise coa axuda dun encima fosfatase. Despois, o encima guanosil transferase cataliza a reacción, que produce o extremo 5' difosfato. Despois, este difosfato ataca o átomo de fósforo gamma da molécula de GTP (que perde dous fosfatos) para engadir o residuo de GMP formando un enlace 5'5' trifosfato. O encima (guanina-N7-)-metiltransferase ("cap MTase") transfire un grupo metilo desde a S-adenosil metionina ao anel de guanina. Este tipo de carapucha ou cap, que simplemente ten a (m7G) en posición denomínase estrutura cap 0. A ribosa do nucleótido adxacente pode tamén ser metilada para dar unha cap 1. A metilación de nucleótidos augas abaixo da molécula de ARN produce as estruturas cap 2, cap 3 e así sucesivamente. En todos estes casos os grupos metilo engádense aos grupos 2' OH do azucre ribosa.
A carapucha 5' protexe o extremo 5' do transcrito primario de ARN do ataque das ribonucleases que teñen especificidade para enlaces fosfodiéster 3'-5'.

 Procesamento 3' 

 Clivaxe e poliadenilación 

O procesamento do pre-ARNm no extremo 3' da molécula de ARN implica a clivaxe (corte) do seu extremo 3' e despois a adición duns 200 residuos de AMP para formar a chamada cola poli(A). As reaccións de clivaxe e adenilación ocorren se cerca do extremo 3' do ARN está localizadaa unha secuencia sinal de poliadenilación (5'-AAUAAA-3'), a cal vai seguida doutra secuencia, xeralmente a 5'-CA-3'. O segundo sinal é o sitio de clivaxe. Unha secuencia rica en GU tamén adoita estar presente no ARN un pouco máis augas abaixo. Despois, dúas proteínas de múltiples subunidades chamadas factor de especificidade de poliadenilación e clivaxe (CPSF) e factor de estimulación da clivaxe (CstF) transfírense desde a ARN polimerase II á molécula de ARN. Os dous factores únense aos elementos de secuencia do ARN. Fórmase un complexo proteico que contén factores de clivaxe adicionais e o encima poliadenilato polimerase (PAP). Este complexo cliva o ARN entre a secuencia de poliadenilación e a secuencia rica en GU no sitio de clivaxe marcado polas secuencias 5'-CA-3'. Despois, a poli(A) polimerase engade unhas 200 unidades de AMP ao novo extremo 3' do ARN utilizando como precursor moléculas de ATP. A medida que se sintetiza a cola poli(A), únense a ela moitas copias da proteína de unión ao poli(A), as cales protexen o extremo 3' da dixestión polas ribonucleases.Diana F. Colgan, James L. Manley. Mechanism and regulation of mRNA polyadenylation. Genes & Development. 1997. doi 10.1101/gad.11.21.2755. 


 Splicing 

O splicing ou empalme do ARN é o proceso mediante o cal se eliminan os intróns (rexións que non codifican secuencias proteicas) do pre-ARNm, deixando só os exóns (rexións codificantes), que son conectadas para volver a formar unha soa molécula continua de ARN. Aínda que a maior parte do splicing do ARN ocorre despois da síntese completa da molécula de pre-ARNm e do 5'-capping, os transcritos con moitos exóns poden ser empalmados cotranscricionalmente. A reacción de splicing está catalizada por un grande complexo proteico chamado espliceosoma, que é unha ensamblaxe de proteínas e moléculas de ARN nuclear pequeno que recoñecen os sitios de empalme na secuencia do pre-ARNm. Moitos pre-ARNm, entre os cales están os que codifican os anticorpos, poden sen empalmados de diversas maneiras, producindo diferentes ARNm maduros, que codifican diferentes secuencias de proteínas (diferentes anticorpos no exemplo), mediante un proceso que se coñece como splicing alternativo, e permite a produción dunha gran variedade de proteínas a partir dunha limitada cantidade de ADN.

 Procesamento do ARNr 
Nos procariotas hai sete xenes para os ARNr, cada un dos cales orixina un ARN precursor de 30S, que contén os tres tipos de ARNr (de 23, 16 e 5S) e mesmo algúns ARNt, separados por secuencias espazadoras. Este transcrito longo despois é cortado para dar os ARNr definitivos, proceso chamado trimming (recorte), que realizan os encimas ribonuclease P e ribonuclease III.Victor L. Davidson,Donald B. Sittman. Biochemistry. Páxina 154 e ss. Google books. 

Nos eucariotas o proceso é similar, pero aquí a molécula precursora é de 45S (contén só tres ARNr de 28, 18 e 5,8S, pero non o ARNr 5S, que se transcribe á parte, nin ARNt). Os eucariotas teñen centos de xenes de ARNr precursor de 45S, que se transcriben no nucléolo pola ARN polimerase I. Despois unha clivaxe endonucleolítica separa os ARNr e elimina os espazadores que hai entre eles. Nos eucariotas o ARNr 5,8S establece apareamento de bases co de 28S cando se liberan e forman as subunidades do ribosoma.

As modificacións postranscricionais que sofre un ARNr poden afectar tamén a modificacións de bases, e danse en eucariotas e procariotas. Poden ser de tres tipos básicos: metilación de bases, metilación de ribosas, e pseudouridilación. A metilación de bases ocorre en rexións conservadas do ARN; na subunidade menor ribosómica procariota esta metilación non é esencial, pero mellora a eficiencia da traduciónRaue, H., Klootwijk, J., & Musters, W. (1988). Evolutionary conservation of structure and function of high molecular weight ribosomal RNA. Prog Biophys Mol Biol, 51, 77-129.. A metilación das ribosas ocorre sempre no carbono 2' e é moito máis frecuente en eucariotas que en bacterias, pero na arquea Sulfolobus solfataricus é comparable á de eucariotasNoon, K. R., Bruenger, E., & McCloskey, J. A. (1998). Posttranscriptional modifications in 16S and 23S rRNAs of the Archaeal hyperthermophile Sulfolobus solfataricus. J. Bacteriol., 180, 2883-2888.; a metilación de ribosas non é esencial para o funcionamento do ARN, pero as mutacións que a impiden en microorganismos afectan ao crecementoTollervey, D., Lehtonen, H., Jansen, R., Kern, H., & Hurt, E. C. (1993). Temperature-sensitive mutations demonstrate roles for yeast fibrillarin in pre-rRNA processing, pre-rRNA methylation, and ribosome assembly. Cell, 72, 443-457.. A pseudouridilación (introdución de pseudouridina ou Ψ) é común en eucariotas e máis rara en procariotas.

Onde mellor estudadas están estas modificacións é en Escherichia coli, onde se atoparon 11 sitios de modificación no ARNr de 16S, 24 no de 23S e ningún no de 5S.Kowalak, J.A., Pomerantz, S.C., Crain, P.F. and McCloskey, J.A. (1993) A novel method for the determination of post-transcriptional modification in RNA by mass spectrometry. Nucleic Acids Res, 21, pp. 4577-85. PMID 8233793Kowalak, J.A., Bruenger, E. and McCloskey, J.A. (1995) Posttranscriptional modification of the central loop of domain V in Escherichia coli 23 S ribosomal RNA. J Biol Chem, 270, pp. 17758-64. PMID 7629075

Os xenes dos ARNr dalgúns eucariotas e procariotas conteñen intróns.Verena Salmana, Rudolf Amanna, David A. Shubb, and Heide N. Schulz-Vogta. Multiple self-splicing introns in the 16S rRNA genes of giant sulfur bacteria. PNAS  

 Procesamento do ARNt 
Os ARNt en procariotas orixínanse como longos transcritos que conteñen varios ARNt, que despois son cortados dando os ARNt definitivos. Os xenes dos ARNt están agrupados no xenoma e os transcritos iniciais conteñen de dous a sete ARNt (tamén no transcrito inicial dos ARNr poden ir contidos algúns ARNt en procariotas). As ribonucleases P (que actúa no extremo 5') e D (que actúa no 3') cortan os transcritos liberando os distintos ARNt. No extremo 3' córtase unha estrutura en talo-bucle e ás veces elimínase parte dos nucleótidos que están adxacentes á secuencia CAA característica dos ARNt ou a propia secuencia. Despois, engádese no extremo 3' a secuencia CCA nos ARNt que a perderon na clivaxe anterior, do que se encarga a ARNt nucleotidil transferase. Despois, o ARNt sofre unha modificación das súas bases, maiormente metilacións, pero tamén tiolacións e transformación da uracilo en dihidrouracilo ou en pseudouracilo.Post-transcriptional processing og rRNA and tRNA
Nos eucariotas, o ARNt tamén se forma como un longo precursor que despois é clivado de forma similar aos procariotas. Nos mamíferos, a metilación do ARNt precursor parece que ocorre no núcleo, pero a clivaxe e a unión da secuencia CAA é citoplasmática.
Nos mamíferos foron estudadas tamén as modificacións de bases nos ARNt mitocondriais.Suzuki T, Suzuki T. A complete landscape of post-transcriptional modifications in mammalian mitochondrial tRNAs. Nucleic Acids Res. 2014;42(11):7346-57. doi: 10.1093/nar/gku390. Epub 2014 May 15. PMID 24831542Suzuki T1, Nagao A, Suzuki T. Human mitochondrial tRNAs: biogenesis, function, structural aspects, and diseases. Annu Rev Genet. 2011;45:299-329. doi: 10.1146/annurev-genet-110410-132531. Epub 2011 Sep 6. PMID 21910628 Nos eucariotas algúns xenes de ARNt conteñen intróns, que son eliminados durante o seu procesamento, por exemplo, en lévedos en 10 ARNt hai que eliminar intróns durante o seu procesamento.

 Procesamento doutros ARNs 
Outros ARN pequenos da célula sofren tamén un procesamento nos eucariotas. Por exemplo, os microARN (miARN) transcríbense inicialmente en forma de pre-miARN de 70 nucleótidos con 5'-cap e cola de poli(A) e teñen forma de talo-bucle e no seu procesamento intervén o encima Drosha e a proteína Pasha, que actúan no núcleo. Despois o procesamento continúao no citoplasma a endonuclease Dicer, que dá lugar ao miARN maduro.

 Degradación do ARN 
Unha vez que realizou a súa función, o ARN é degradado encimaticamente, por exemplo por complexos encimáticos como o exosoma (en eucariotas e arqueas) e o degradosoma (en bacterias). Outras nucleases poden destruír tamén o ARN. O exosoma intervén tamén no núcleo no procesamento de ARN nuclear pequeno, ARN nucleolar pequeno e do ARNr 5,8S.Allmang et al.. "Functions of the exosome in rRNA, snoRNA and snRNA synthesis". EMBO Journal. DOI:10.1093/emboj/18.19.5399. PMID 10508172.

 Notas 

 Véxase tamén 

 Bibliografía 



 Outros artigos 
 pre-ARNm
 edición do ARN
 RNA-Seq
 exosoma (complexo)
 Ligazóns externas 


Categoría:ARN