O **ARN transferente-mensaxeiro**, abreviado como **ARNtm** (en inglés **tmRNA**), e tamén chamado **ARN 10Sa** ou, utilizando o seu nome xenético, **SsrA**, é unha molécula de ARN bacteriano que presenta propiedades tanto de ARNt coma de ARNm. O ARNtm forma un complexo ribonucleoproteico (o **RNPtm** ou, en inglés, **tmRNP**) xunto coa proteína SmpB (pequena proteína B), o factor de elongación Tu (EF-Tu), e a proteína ribosómica S1. Na chamada *trans*-tradución (ver máis abaixo), o ARNtm e as súas proteínas asociadas únense aos ribosomas bacterianos que quedaron bloqueados en medio da síntese de proteínas, por exemplo cando se chega ao final dun ARN mensaxeiro que perdeu o seu codón de parada. O ARNtm é moi versátil: recicla os ribosomas que quedaron bloqueados, engade unha marca de indución á proteólise ao polipéptido inacabado, e facilita a degradación do ARNm anormal. Na maioría das bacterias estas funcións lévanas a cabo ARNtm dunha soa peza. Noutras especies bacterianas, un xene *ssrA* permutado produce un ARNtm de dúas pezas, no cal dúas cadeas separadas de ARN se uniron por apareamento de bases. 

O ARNtm combina características de ARNt e ARNm.

Descubrimento dos ARNtm e traballos iniciais
--------------------------------------------

O ARNtm foi inicialmente denominado ARN 10Sa porque unha fracción electroforética mixta de "10S" de ARN de *Escherichia coli* foi despois resolta como ARNtm e a RNase P (o ribozima de tamaño similar 10Sb). A presenza de pseudouridina no ARN 10S mixto indicaba que o ARNtm tiña bases modificadas que se encontraban tamén no ARNt. Recoñeceuse a semellanza entre os extremos 3' do ARNtm co talo-bucle T do ARNt (brazo T) ao secuenciarse o *ssrA* de *Mycobacterium tuberculosis*. Unha posterior comparación de secuencias indicou que o todo o dominio similar ao ARNt (TLD) formaba os extremos 5' e 3' do ARNtm, incluíndo o talo aceptor con elemntos como os atopados no ARNt da alanina, que promoven a súa aminoacilación pola alanina-ARNt ligase. Tamén se encontraron diferenzas con respecto ao ARNt: o brazo anticodón non está presente nos ARNtm, e a rexión do brazo D é un bucle sen apareamentos de bases.

Estrutura do ARNtm
------------------

### Estrutura secundaria dos ARNtm estándar dunha peza

Estrutura secundaria do ARNtm de *E. coli*. Móstranse os extremos 5' e 3' da cadea de ARN de 363 nucleótidos numerada de 10 en 10 nucleótidos. As liñas curtas indican apareamentos de Watson e Crick (G-C e A-U); os puntos son aparemanetos G-U. Son tamén evidentes os dominios similares aos do ARNt (TLD, *ARNt-like domain*), a rexión similar ao ARNm (MLR, *ARNm-like region*), e os catro pseudonós (de pk1 a pk4). O MLR codifica o péptido etiqueta entre os codóns de parada e de reinicio. As hélices do ARN (numeradas do 1 ao 12) e as súas seccións (letras) están en gris.
A estrutura secundaria do ARNtm completo de *E. coli* foi dilucidada por análise de secuencia comparativo e sondaxe estrutural con encimas e axentes químicos. As pares de bases de Watson-Crick e G-U identificáronse ao comparar as secuencias de ARNtm bacterianas utilizando métodos computacionais automatizados en combinación con procedementos de aliñamento de secuencias manuais. A figura mostra o patrón de pares de bases deste ARNtm prototípico, que está organizado en 12 hélices (tamén chamadas apareamentos P1 a P12), algunhas divididas en segmentos helicoidais.

Unha característica salientable de todos os ARNtm é a conservación do dominio de tipo ARNt (TLD), composto das hélices 1, 12, e 2a (análogos, rspectivamente, do talo aceptor do ARNt, do talo T e do talo variable), que conteñen os extremos 5' monofosfato e o 3' CCA para a unión da alanina. A rexión de tipo ARNm (MLR) é no ARNtm estándar un grande bucle que contén pseudonós e unha secuencia codificante (CDS) para o péptido etiqueta, marcada polo codón de reinicio e o codón de parada. O péptido etiqueta codificado (que é o ANDENYALAA en *E. coli*) varía entre as bacterias, quizais dependendo do conxunto de proteases e adaptadores dispoñibles.

Os ARNtm tipicamente conteñen catro pseudonós, un chamado pk1 situado corrente arriba do péptido etiqueta CDS, e os outros tres (de pk2 a pk4) situados corrente abaixo do CDS. As rexións pseudonó, aínda que están xeralmente conservadas, son evolutivamente plásticas. Por exemplo, nos ARNtm (dunha peza) de cianobacterias, o pk4 está substituído por dous pseudonós máis pequenos dispostos en tándem. Isto suxire que o pregamento do ARNtm fóra do TLD pode ser importante, pero a rexión pseudonó carece de residuos conservados e os pseudonós están entre as primeiras estruturas que se perden a medida que as secuencias de *ssrA* diverxen nos plastidios e liñaxes endosimbiónticas. O apareamento de bases na rexión dos tres pseudonós do ARNtm de *E. coli* é interrompida durante a *trans*-tradución.

### ARNtm de dúas pezas

Atopáronse *ssrA* permutados circularmente en tres grandes liñaxes: i) en todas as alfaproteobacterias e as primitivas mitocondrias dos protistas Jakobidae, ii) en dous grupos separados de cianobacterias (*Gloeobacter* e un clado que contén a *Prochlorococcus* e a moitas *Synechococcus*), e iii) nalgúns membros das betaproteobacterias (*Cupriavidus* e algunhas Rhodocyclales). Todas producen a mesma forma global de dúas pezas (pezas aceptora e codificante), equivalente á forma estándar cortada corrente abaixo do marco de lectura. Ningunha retén máis de dous pseudonós en comparación co ARNtm estándar de catro ou máis.

As alfaproteobacterias teñen dúas secuencias sinatura: substitúen a secuencia típica do bucle T TΨCRANY pola secuencia GGCRGUA, e teñen a secuencia AACAGAA no bucle grande do pseudonó 3´-terminal. Nas mitocondrias perdeuse o MLR, e no protista *Jakoba libera* unha grande re-permutation do *ssrA* mitocondrial orixinou un produto dunha soa peza.

As cianobacterias son o mellor exemplo de evolución dun xene permutado a partir dun xene estándar, xa que presentan notables semellanzas na secuencia entre os dous tipos de xenes que aparecen en dúas cepas distintas de *Synechococcus*.

### Procesamento do ARNtm

A maioría dos ARNtm transcríbense como precursores máis longos, que son procesados de forma similar ao ARNt. A clivaxe no extremo 5´ realízaa a ribonuclease P (RNase P). Poden participar moitas exonucleases no procesamento do extremo 3' do ARNtm, aínda que a RNase T e a RNase PH son as máis efectivas. Dependendo da especie bacteriana, o extremo 3'-CCA é codificado ou é engadido pola ARNt nucleotidiltransferase.

Un procesamento similar nos sitios internos do ARNtm precursor permutado explica a súa separación física en dúas pezas. Os ARNtm de dúas pezas teñen dous extremos adicionais, cuxo procesamento debe tamén considerarse. Nas alfaproteobacterias, o sitio de inicio non procesado da transcrición é un extremo 5´. O extremo 3´ pode nalgúns casos ser o resultado dunha terminación independente de rho.

### Estruturas tridimensionais

Modelo de fitas da estrutura do dminio de tipo ARNt do ARNtm. O dominio consta dos extremos 3' e 5' do ARNtm. A imaxe foi creada usando o programa de imaxes moleculares Pymol para estudantes e os datos obtidos do ficheiro da base de datos PDB RCSB para a estrutura 1J1H
Modelo de fitas do ARNtm da proteína de unión SmpB. Creada co programa Pymol e datos de PDB RCSB da estrutura 1CZJ
As estruturas de alta resolución das moléculas de ARNtm completas non están dispoñibles actualmente e poden ser difíciles de obter debido á flexibilidade inherente do MLR. En 2007, 
obtívose a estrutura cristalina do TLD de *Thermus thermophilus* unido á proteína SmpB a unha resolución de 3 Å. Esta estrutura mostra que SmpB imita o talo D e o anticodón dun ARNt canónico, mentres que a sección helicoidal 2a do ARNtm corresponde ao brazo variable do ARNt.
Un estudo de microscopía crioelectrónica do ARNtm nunha fase inicial da *trans*-tradución mostra a relación espacial entre o ribosoma e a RNPtm (ARNtm unido á proteína EF-Tu). O TLD está localizado preto do centro asociado á GTPase na subunidade ribosómica de 50S; a hélice 5 e os pseudonós pk2 ao pk4 forman un arco arredor do pico da subunidade ribosómica de 30S.

*Trans*-tradución
-----------------

Fases da *trans*-tradución da **A** á **F**. Un ribosoma cos seus sitios de unión para o ARN, denominados E, P, e A, está bloqueado preto do extremo 3' dun ARNm roto. A RNPtm únese ao sitio A, o que permite que o ribosoma cambie de molde desde a mensaxe rota ao marco de lectura aberto do ARNtm por medio do codón de reinicio (GCA en azul). A tradución regular pode así reanudarse finalmente. Ao chegarse ao codón de parada do ARNtm (UAA en vermello), libérase unha proteína híbrida cunha marca de proteólise (puntos verdes).
A codificación nos ARNtm descubriuse en 1995 cando Simpson e colaboradores fixeron que se sobreexpresase unha citocina de rato en *E. coli* e encontraron varios péptidos derivados de citocinas, cada un etiquetado no extremo carboxilo terminal cunha mesma extensión de 11 residuos de aminoácidos (A)ANDENYALAA. Coa excepción da alanina N-terminal, que procede do extremo 3' do propio ARNtm, esta secuencia etiqueta foi rastreada ata un curto marco de lectura aberto no ARNtm de *E. coli*. Ao recoñecer que a etiqueta peptídica é unha marca de proteólise, propúxose o modelo da *trans*-tradución para o ARNtm.

Aínda que se seguen investigando os detalles do mecanismo da *trans*-tradución, concórdase xeralmente que o ARNtm ocupa primeiro o sitio A baleiro do ribosoma bloqueado. Seguidamente, o ribosoma móvese desde o extremo 3' do ARNm truncado ao codón de reinicio do MLR, o que vai seguido dunha fase proclive ao escorregamento (*slippage*) desde a que a tradución continúa normalmente ata que se encontra o codón de parada do ARNtm en pauta. A *trans-tradución* é esencial nalgunhas especies bacterianas, pero outras bacterias requiren o ARNtm para sobrevivir cando están sometidas a unhas condicións de crecemento estresantes. Dependendo do organismo, o péptido etiqueta pode ser recoñecido por diversas proteases ou adaptadores de proteases.

Elementos xenéticos móbiles e o xene do ARNtm
---------------------------------------------

Historia do *ssrA*. Móstranse os ARN precursores, cuxas porcións en trazo descontinuo son escindidas durante a maduración. Os xenes permutados producen tanto a peza aceptora (en vermello) coma a codificante (en azul); as liñas punteadas marcan as estruturas secundarias que non sempre están presentes. As abreviaturas son: TLD, dominio de tipo ARNt; MLR, rexión de tipo ARNm; ITS, espazador transcrito interno; P, rexión apareada; PK, pseudonó; RF, marco de lectura.
O *ssrA* é tanto unha diana para algúns ADN móbiles coma un pasaxeiro doutros. Pode ser interrompido por tres tipos de elementos móbiles. Por medio de distintas estratexias ningún deles interrompe a función do xene: os intróns do grupo I elimínanse eles mesmos por auto-splicing, os elementos palindrómicos de rickettsias (RPEs) insírense en sitios inocuos, e as illas xenómicas que codifican integrases cortan o seu *ssrA* diana pero restauran a porción cortada.

Os *ssrA* non cromosómicos foron detectados nun estudo xenómico de micobacteriófagos (no 10% dos fagos). Outros elementos móbiles como os plásmidos e illas xenéticas poden ser portadores de *ssrA*. Un caso interesante é *Rhodobacter sphaeroides* cepa ATCC 17025, cuxo xene de ARNtm nativo está interrompido por unha illa xenómica; a diferenza doutras illas xenómicas nos xenes do ARNtm (ou do ARNt), esta illa ten inactivado o xene diana nativo sen restauración, pero compénsao ao portar o seu propio xene de ARNtm. Un parente do *ssrA* moi pouco usual encóntrase no micobacteriófago lítico DS6A, que codifica pouco máis que o TLD.

Notas
-----

1. ↑  Keiler KC (2008). "Biology of trans-translation". *Annu. Rev. Microbiol.* **62**: 133–51. PMID 18557701. doi:10.1146/annurev.micro.62.081307.162948.
2. ↑  Ray BK, Apirion D (1979). "Characterization of 10S RNA: a new stable rna molecule from Escherichia coli". *Mol. Gen. Genet.* **174** (1): 25–32. PMID 384159. doi:10.1007/BF00433301.
3. ↑  Tyagi JS, Kinger AK (1992). "Identification of the 10Sa RNA structural gene of Mycobacterium tuberculosis". *Nucleic Acids Res.* **20** (1): 138. PMC 310338. PMID 1371186. doi:10.1093/nar/20.1.138. Consultado o 2010-07-14.
4. 1 2  Komine Y, Kitabatake M, Yokogawa T, Nishikawa K, Inokuchi H (1994). "A tRNA-like structure is present in 10Sa RNA, a small stable RNA from Escherichia coli". *Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.* **91** (20): 9223–7. PMC 44784. PMID 7524073. doi:10.1073/pnas.91.20.9223. Consultado o 2010-07-14.
5. ↑  Williams KP, Bartel DP (1996). "Phylogenetic analysis of tmRNA secondary structure". *RNA* **2** (12): 1306–10. PMC 1369456. PMID 8972778. Consultado o 2010-07-14.
6. ↑  Felden B, Himeno H, Muto A, McCutcheon JP, Atkins JF, Gesteland RF (1997). "Probing the structure of the Escherichia coli 10Sa RNA (tmRNA)". *RNA* **3** (1): 89–103. PMC 1369465. PMID 8990402. Consultado o 2010-07-14.
7. 1 2  Zwieb C, Wower I, Wower J (1999). "Comparative sequence analysis of tmRNA". *Nucleic Acids Res* **27** (10): 2063–71. PMC 148424. PMID 10219077. doi:10.1093/nar/27.10.2063.
8. ↑  Andersen ES, Lind-Thomsen A, Knudsen B; et al. (2007). "Semiautomated improvement of RNA alignments". *RNA* **13** (11): 1850–9. PMC 2040093. PMID 17804647. doi:10.1261/rna.215407. Consultado o 2010-07-14.
9. 1 2  Gur E, Sauer RT (2008). "Evolution of the ssrA degradation tag in Mycoplasma: specificity switch to a different protease". *Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.* **105** (42): 16113–8. PMC 2570983. PMID 18852454. doi:10.1073/pnas.0808802105. Consultado o 2010-07-14.
10. ↑  Wower IK, Zwieb C, Wower J (2005). "Transfer-messenger RNA unfolds as it transits the ribosome". *RNA* **11** (5): 668–73. PMC 1370753. PMID 15811920. doi:10.1261/rna.7269305. Consultado o 2010-07-14.
11. ↑  Keiler KC, Shapiro L, Williams KP (2000). "tmRNAs that encode proteolysis-inducing tags are found in all known bacterial genomes: A two-piece tmRNA functions in Caulobacter". *Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.* **97** (14): 7778–83. PMC 16621. PMID 10884408. doi:10.1073/pnas.97.14.7778. Consultado o 2010-07-14.
12. ↑  Sharkady SM, Williams KP (2004). "A third lineage with two-piece tmRNA". *Nucleic Acids Res.* **32** (15): 4531–8. PMC 516066. PMID 15326226. doi:10.1093/nar/gkh795. Consultado o 2010-07-14.
13. ↑  Jacob Y, Seif E, Paquet PO, Lang BF (2004). "Loss of the mRNA-like region in mitochondrial tmRNAs of jakobids". *RNA* **10** (4): 605–14. PMC 1370551. PMID 15037770. doi:10.1261/rna.5227904. Consultado o 2010-07-14.
14. ↑  Srivastava RA, Srivastava N, Apirion D (1992). "Characterization of the RNA processing enzyme RNase III from wild type and overexpressing Escherichia coli cells in processing natural RNA substrates". *Int. J. Biochem.* **24** (5): 737–49. PMID 1375563. doi:10.1016/0020-711X(92)90007-N.
15. ↑  Li Z, Pandit S, Deutscher MP (1998). "3' exoribonucleolytic trimming is a common feature of the maturation of small, stable RNAs in Escherichia coli". *Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.* **95** (6): 2856–61. PMC 19659. PMID 9501180. doi:10.1073/pnas.95.6.2856. Consultado o 2010-07-14.
16. ↑  Mao C, Bhardwaj K, Sharkady SM; et al. (2009). "Variations on the tmRNA gene". *RNA Biol* **6** (4): 355–61. PMID 19617710. doi:10.4161/rna.6.4.9172.
17. ↑  Someya T, Nameki N, Hosoi H; et al. (2003). "Solution structure of a tmRNA-binding protein, SmpB, from Thermus thermophilus". *FEBS Lett.* **535** (1–3): 94–100. PMID 12560085. doi:10.1016/S0014-5793(02)03880-2. Consultado o 2010-07-14.
18. ↑  Bessho Y, Shibata R, Sekine S; et al. (2007). "Structural basis for functional mimicry of long-variable-arm tRNA by transfer-messenger RNA". *Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.* **104** (20): 8293–8. PMC 1895943. PMID 17488812. doi:10.1073/pnas.0700402104. Consultado o 2010-07-14.
19. ↑  Bessho Y, Shibata R, Sekine S; et al. (2007). "Structural basis for functional mimicry of long-variable-arm tRNA by transfer-messenger RNA". *Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.* **104** (20): 8293–8. PMC 1895943. PMID 17488812. doi:10.1073/pnas.0700402104.
20. ↑  Valle M, Gillet R, Kaur S, Henne A, Ramakrishnan V, Frank J (2003). "Visualizing tmRNA entry into a stalled ribosome". *Science* **300** (5616): 127–30. PMID 12677067. doi:10.1126/science.1081798. Consultado o 2010-07-14.
21. ↑  Keiler KC, Waller PR, Sauer RT (1996). "Role of a peptide tagging system in degradation of proteins synthesized from damaged messenger RNA". *Science* **271** (5251): 990–3. PMID 8584937. doi:10.1126/science.271.5251.990. Consultado o 2010-07-14.
22. ↑  Thibonnier M, Thiberge JM, De Reuse H (2008). Ahmed, Niyaz, ed. "Trans-translation in Helicobacter pylori: essentiality of ribosome rescue and requirement of protein tagging for stress resistance and competence". *PLoS ONE* **3** (11): e3810. PMC 2584231. PMID 19043582. doi:10.1371/journal.pone.0003810. Consultado o 2010-07-14.
23. ↑  Kirby JE, Trempy JE, Gottesman S (1994). "Excision of a P4-like cryptic prophage leads to Alp protease expression in Escherichia coli". *J. Bacteriol.* **176** (7): 2068–81. PMC 205313. PMID 7511583. Consultado o 2010-07-14.
24. ↑  Williams KP (2002). "The tmRNA Website: invasion by an intron". *Nucleic Acids Res.* **30** (1): 179–82. PMC 99078. PMID 11752287. doi:10.1093/nar/30.1.179. Consultado o 2010-07-14.
25. ↑  Dwyer DS (2001). "Selfish DNA and the origin of genes". *Science* **291** (5502): 252–3. PMID 11253208. doi:10.1126/science.291.5502.252. Consultado o 2010-07-14.
26. ↑  Williams KP (2003). "Traffic at the tmRNA gene". *J. Bacteriol.* **185** (3): 1059–70. PMC 142792. PMID 12533482. doi:10.1128/JB.185.3.1059-1070.2003. Consultado o 2010-07-14.
27. ↑  Hatfull GF, Pedulla ML, Jacobs-Sera D; et al. (2006). "Exploring the mycobacteriophage metaproteome: phage genomics as an educational platform". *PLoS Genet.* **2** (6): e92. PMC 1475703. PMID 16789831. doi:10.1371/journal.pgen.0020092. Consultado o 2010-07-14.

Véxase tamén
------------

### Bibliografía

* Hong, S. J.; Tran, Q. A.; Keiler, K. C. (2005). "Cell cycle-regulated degradation of tmRNA is controlled by RNase R and SmpB". Molecular Microbiology 57 (2): 565–575. doi:10.1111/j.1365-2958.2005.04709.x. PMC 3776457. PMID 15978085.

### Ligazóns externas

* tmRDB: Bases de datos de secuencias de ARNtm
* páxina web sobre o ARNtm
* Entrada de Rfam para o ARNtm

|  |  |
| --- | --- |
| Control de autoridades | 
* Wd: Q285904
* MAG: 2778209457

 |