Traducción de tránsito ferroviario urbano
Todos los ARNm eucariotas tienen una estructura de tapa en el extremo 5'. Ya en 1976, Shtkin señaló que el sombrero en el extremo 5' podría mejorar la eficiencia de la traducción basándose en los resultados de experimentos de traducción in vitro. Desde entonces, muchos estudios han confirmado que la traducción de la mayoría de los ARNm depende de la estructura del sombrero.
A excepción de hat, la mayoría de los ARNm eucariotas tienen una cola poliA en el extremo 3'. Se ha observado en muchos experimentos in vivo y sistemas de traducción in vitro altamente activos que la estructura polia del ARNm está directamente relacionada con la eficiencia de la traducción. La eficiencia de la traducción del ARNm con una cola poliA es mucho mayor que la del ARNm correspondiente sin poliA. cola. La tapa del extremo 5 'y el poliA del extremo 3' pueden regular de manera coordinada la eficiencia de la traducción del ARNm. Estudios adicionales han demostrado que la poliA está unida a PABP durante el proceso inicial de traducción eucariota y afecta la traducción a través de PABP.
La PABP está altamente conservada en eucariotas y contiene cuatro motivos de reconocimiento de ARN (RRM). Sacks et al. demostraron por primera vez que PABP está involucrada en el inicio de la traducción. PABP puede ayudar a la combinación de la subunidad 60S y la subunidad 40S y promover la formación del ribosoma 80S [5]. La evidencia bioquímica también ha revelado un papel de la PABP en el inicio de la traducción. Ni poliA ni la estructura hat 5'-terminal pueden actuar solas en la traducción, sino que solo pueden actuar sinérgicamente. En este proceso, PABP participa en la interacción entre hat y su factor inicial [3, 6]. PABP puede interactuar directamente con CBP o indirectamente a través de un intermediario (como se muestra en la Figura 1). A través de esta interacción, los dos extremos del ARNm están espacialmente muy cerca, formando un bucle. Esto concuerda con los resultados experimentales de micrografías electrónicas realizadas hace más de 40 años, en las que se observó que los ribosomas tienen forma de anillo. Es posible que los eucariotas aumenten la eficiencia de la traducción mediante interacciones entre los dos extremos.
Figura 1 Interacción entre los dos extremos del ARNm de inicio de la traducción
Si se añade poliA exógena al sistema de traducción in vitro de la lisozima, se inhibirá la síntesis de proteínas, lo que indica que la poliA de origen exógena es un componente esencial de la traducción. Gallie et al. también encontraron que el efecto inhibidor del ARNm sin estructura de sombrero era mayor que el del ARNm con estructura de sombrero, lo que indica que el ARNm con un sombrero en el extremo 5' puede competir eficientemente por un componente que se une fácilmente por vía exógena. poliA. Además, la adición de eIF4F y eIF4B purificados revirtió el efecto inhibidor causado por la poliA. Se puede observar que los componentes unidos a esta poliA exógena son eIF4F y eIF4B. Aunque estos factores pueden actuar directamente sobre la poliA, su afinidad por la poliA es sólo aproximadamente la mitad que la de la PABP [7]. La explicación más probable para esto es que la unión de poliA a eIF4F y eIF4B se logra mediante interacciones proteicas entre el complejo PABP/poliA y varios factores.
En levaduras y plantas, PABP interactúa directamente con la subunidad grande eIF4G (eIFiso4G) de eIF4F (eIFiso4F), promoviendo la unión de la subunidad 40S al ARNm [7, 8]. Sin embargo, la PABP en mamíferos no interactúa directamente con eIF4G. Recientemente, se descubrió en mamíferos PAIP-1, una proteína PABP con cierta homología con eIF4G. Craig et al. [9] propusieron un modelo en el que PABP y eIF4A de mamíferos forman un puente entre poliA y 5'-UTR a través del intermediario de PAIP-1. El efecto sinérgico de 5'-terminal hat y poliA en el inicio de la traducción puede ser. Esto se hace: eIF4A es llamado al sombrero del terminal 5' mediante la interacción con eIF4G, lo que a su vez promueve la reacción de reclutamiento de eIF4A. En las plantas, eIF4F (eIFiso4F) y eIF4B no solo pueden aumentar la afinidad de PABP por poliA respectivamente, sino que también afectan sinérgicamente la capacidad de unión de PABP a poliA. Esto sugiere que debe haber una interacción funcional entre PABP, EIF4 y eIF4B [7]. Sin embargo, en los mamíferos, eIF4F está presente en cantidades menores. Para mejorar la eficiencia de la traducción, eIF4F se combina con PABP y con hats y poliA respectivamente para mejorar [4].
Las interacciones intermoleculares entre PABP y sus factores de iniciación relacionados están controladas por las concentraciones intercelulares de PABP y ARNm. A una determinada concentración, la poliA (posiblemente combinada con PABP) puede mejorar selectivamente la traducción del ARNm in vitro. Además, la interacción intermolecular de PABP en ambos extremos juega un papel en la detección de la integridad del ARNm pretraduccional, evitando así la traducción de ARNm incompleto. Otra razón por la que la PABP participa en el desencadenamiento de interacciones intermoleculares puede ser que la proximidad de los dos extremos promueva el reinicio. Se ha demostrado que la subunidad 40S permanece unida al ARNm después de la traducción. Los ribosomas que se unen al ARNm pueden denominarse primero. Hay cuatro pequeños marcos de lectura abiertos ascendentes (suORF) ascendentes del ORF de GCN4. Para traducir el marco de lectura abierto distal, la subunidad 40S del ARNm de GCN4 permanece unida al ARNm traducido del suORF proximal. A medida que termina la traducción del primer suORF y la subunidad 60S se disocia, el 50% de la subunidad 40S permanece unida al ARNm y continúa escaneando, aumentando así la eficiencia de la traducción.
Una vez finalizada la traducción, la subunidad 40S todavía se une a la 3'-UTR del ARNm, lo que favorece el reinicio. La longitud de la 3'-UTR determina el tiempo de unión. Los ARNm con baja eficiencia de traducción suelen utilizar este mecanismo para construir una serie de ARNm con diferentes longitudes de 3'-UTR. A medida que aumenta la longitud de la 3'-UTR, también aumenta la eficiencia de la traducción. Cuanto más larga es la 3'-URT, más tiempo permanecen unidos los ribosomas a la 3'-URT una vez terminada la traducción, lo que mejora su polimerización. Además, durante este proceso, la concentración de subunidades 40S unidas al ARNm es mayor que la concentración de las subunidades 40S separadas del ARNm. El complejo PABP/polyA y el complejo eIF4F/5' pueden facilitar la nueva unión [4].
2. La interacción entre los dos extremos mejora la estabilidad del ARNm.
La interacción entre PABP y CBP no solo promueve el inicio eficiente de la traducción, sino que también juega un papel importante en el mantenimiento de la integridad del ARNm [4, 9]. En levaduras y mamíferos, la eliminación de poliA precede a la eliminación de HAT cuando se degrada el ARNm. Inicialmente, PolyA se degrada, lo que hace que la PABP se libere del ARNm. Con la liberación de PABP, la enzima decapante DcplP escinde la tapa del extremo 5' y todo el ARNm se degrada rápidamente mediante la exonucleasa exoribosomal de ARN 5'→3' XrnlP. La liberación de PABP del ARNm hace que la tapa del extremo 5' sea vulnerable al ataque, y la PABP desempeña un papel protector en este proceso. La PABP puede mejorar la unión del eEF4F de la planta a la estructura del sombrero, lo que indica que la PABP desempeña un papel al estabilizar la unión de EIF4F y el sombrero a través de eIF4G. Sin embargo, en los mamíferos, la despolimerización del ARNm ocurre antes de la degradación de la tapa del extremo 5', lo que indica que PABP puede promover la unión de eIF4F a la tapa a través de PAIP-1 y ejercer su efecto protector [4].
3. Regulación de los efectos funcionales en ambos extremos del ARNm
Existen muchos factores internos y externos que regulan la interacción entre la tapa del extremo 5' del ARNm y la poliA, como por ejemplo modificaciones de proteínas. Cuando se cultivan células de mamíferos, la traducción se inhibe por falta de suero y viceversa. Además, la insulina induce la sinergia HAT/polyA en células privadas de suero para promover la traducción de una manera dependiente de la concentración, lo que sugiere que la insulina regula la interacción entre PABP y los factores de iniciación relacionados con HAT (posiblemente mediados por parte de PAIP-1 de la señal). vía de transducción [11]. La regulación de la insulina se puede lograr mediante la fosforilación de factores proteicos [4]. Por ejemplo, induce la fosforilación de eIF4E, aumentando así su actividad de unión a HAT, o promoviendo la fosforilación de la proteína de unión a eIF4E, promoviendo la interacción entre eIF4E y eIF4G y, en última instancia, afectando el reclutamiento de eIF4A, afectando así su interacción con PAIP. -1 como ambos extremos." Función "puente".
La inducción génica es otra forma de modular los efectos funcionales de ambos extremos. Se descubrió que las células T activadas inducen PAIP-1, y luego PAIP-1 interactúa con la proteína de unión poliA (iPABP) [9].
El estrés ambiental, como el choque térmico, por un lado puede hacer que los ribosomas se desintegren rápidamente, por otro lado puede reducir la interacción entre la tapa del ARNm y la poliA e inhibir la traducción.
El choque térmico cambia directa o indirectamente el estado de fosforilación de los factores proteicos que se unen a PABP, como la desfosforilación de eIF4E y eif4b de mamíferos [1] y eif4b de plantas [11]. La desfosforilación reduce directamente los efectos de eIF4F/eIF4B y PABP en las plantas. En los mamíferos, la desfosforilación reduce indirectamente la agregación de eIF4A y su oportunidad de interactuar con el complejo PAIP-1/PABP/polyA, inhibiendo así la traducción.
4. No existe interacción entre poliA y el extremo del sombrero del ARNm.
Los estudios han demostrado que los dos extremos del ARNm sin poliA o estructuras hat pueden interactuar y desempeñar un papel en la traducción. Las histonas reguladas por el ciclo celular de mamíferos no tienen poliA en sus ARNm, pero tienen un bucle de tallo conservado en su extremo 5', que es necesario para el transporte nucleocitoplasmático y la regulación de la estabilidad del ARNm en diferentes ciclos celulares. También es necesario para la traducción eficiente de ARNm de mamíferos terminados en vástago. Este bucle de vástago es similar a poliA, y su actividad como regulador depende de la tapa del extremo 5', lo que sugiere que también existe una interacción entre la tapa del extremo 5' y el bucle de vástago.
Se han encontrado en virus algunos ARNm con poliA pero sin tapa terminal 5', como el ARNm genómico del virus del grabado del tomate. El uso de una secuencia líder terminal 5' en lugar de una tapa terminal 5' permite la traducción del ARNm independiente de la tapa. La secuencia líder del terminal 5' interactúa con poliA como una tapa del terminal 5' para promover una traducción eficiente. Sin embargo, los factores proteicos que median esta interacción y regulan ambos extremos de los ARNm de histonas durante el ciclo celular aún están bajo investigación.
Otros ARN virales sin hat o poliA también muestran interacciones funcionales en ambos extremos, que se logran mediante elementos de ARN con funciones similares a hat o poliA. Por ejemplo, el ARNm de TMV no tiene poliA pero contiene una 3'-UTR de 20 pb, que es funcionalmente similar a la poliA. Esta 3'-UTR es una estructura de orden superior que contiene cinco pseudonudos de ARN y una región terminal similar a un ARNt.
Los estudios sobre ARNm no conservados sin poliA o estructuras hat indican que los elementos de secuencia próximos al marco de lectura abierto pueden ser la base para una traducción eficiente. Todavía hay muchas preguntas sobre el mecanismo de traducción de las proteínas. La traducción circular del ARNm puede ser uno de los mecanismos de traducción de las proteínas y requiere más estudios.