Cbc y el Internet de las cosas
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El ARN mensajero (ARNm) eucariótico no sólo contiene la totalidad open El marco de lectura sirve como plantilla para la síntesis de proteínas y también contiene información que regula la exportación nuclear, la localización subcelular, la traducción y la estabilidad del ARNm. Gran parte de esta información es transportada por proteínas, incluidas las proteínas de ARNm de unión a ARNm (mRNP). Sin embargo, estos componentes de la transcripción Pre-mRNP varían mucho en cada paso de su procesamiento, incluida la transcripción, la poliadenilación, el empalme y la exportación de pre-ARNm. Para comprender la regulación de la expresión génica en eucariotas, una de las cuestiones clave es determinar cómo la experiencia de mRNP en el núcleo afecta su función en el citoplasma y cómo afecta la producción de proteínas asociadas )a) Q! { * o4z:j-E&f#_. o;n
* o8 s" G+ ~!~ 6 g # * J Una de las evidencias de que la experiencia del ARNm en el núcleo puede afectar su destino en el citoplasma proviene del insignificante estudio de células de mamíferos Análisis de la degradación del ARNm mediada por mutaciones (NMD) La NMD es el proceso mediante el cual los ARNm con codones de parada prematuros, que pueden ser códigos de proteínas dañinos, se reconocen y destruyen selectivamente. El descubrimiento de que el codón de parada se encuentra al menos 50 nucleótidos aguas arriba de 3'. El empalme indica claramente que la degradación del ARNm en el citoplasma está controlada en parte por reacciones dentro del núcleo debido al descubrimiento del complejo de unión exónica (EJC), factores que pueden explicar las observaciones anteriores a nivel molecular. >1 m- s2 d6 `4 z' @: k
J0 y: n$ m Q% F en mamíferos Se forma en la célula junto con el empalme y se une firmemente al ARNm recién producido 24 nucleótidos aguas arriba de. En la unión de empalme, la EJC se transporta al citoplasma junto con el ARNm maduro y permanece unida al mRNP hasta que se traduce el EJC. El núcleo permanece sin cambios durante la maduración del mRNP, pero las proteínas periféricas del EJC continúan asociándose y disociando del mRNP durante la maduración. La formación de mRNP en la célula está involucrada en varios procesos celulares, incluida la exportación nuclear de ARNm, la localización subcelular y el control de calidad y la traducción. que EJC y sus proteínas de unión activan e inhiben la traducción +t . u & ^6 ~2 x
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La vía de señalización TOR desempeña un papel clave en la regulación del crecimiento celular. TOR está controlada por varias señales extracelulares (incluida la concentración de aminoácidos, hormonas, etc.) y consiste en una compleja cascada de vías de transducción de señales extracelulares que envían señales a varias. mecanismos celulares, incluido el complejo de iniciación de la traducción a través de la quinasa S6 (S6K) B1 ` P4 ~
& ampY \. relacionado con el complejo de unión de la tapa (CBC) o el factor de iniciación de la traducción eIF4E. El reconocimiento de la tapa del ARNm es un paso crítico en la traducción, ya que garantiza que solo el CBC intacto interactúe con la tapa del ARNm recién sintetizado en el núcleo y. promueve la traducción del ARNm en el proceso de traducción de precursores en el citoplasma.
La evidencia obtenida de estudios en células de mamíferos sugiere que durante la primera ronda de traducción, se producen tanto el reconocimiento de códigos de terminación de traducción prematura (PTC) como la aparición de NMD. Basándose en estas observaciones, Bienis y sus colegas probaron si la vía TOR (mTOR) de los mamíferos afecta la fosforilación de proteínas específicas involucradas en la traducción pionera. Para detectar posibles objetivos de S6K fosforilados, analizaron proteínas precipitadas con CBC*** (CBC***) y descubrieron que varios factores desconocidos también participan en la vía mTOR durante la traducción pionera. Además, los investigadores descubrieron que mTOR y una de las dos quinasas S6 de los mamíferos (S6K1) se unen a estos factores desconocidos. Estos datos revelaron que la vía mTOR podría estar implicada en la traducción del ARNm, lo que llevó al estudio de los factores que vinculan estos dos procesos. La investigación sobre posibles factores de interacción mostró que el sustrato SKAR de S6K1 identificado tempranamente (objetivo S6K1 Aly/REF) puede unir S6K1 al mRNP objetivo. SKAR tiene un dominio de unión a ARN que se desplaza entre el núcleo y el citoplasma, de acuerdo con su función de transmitir señales TOR/S6K a nuevos mRNP. SKAR se une específicamente a EJC formada in vitro, que es necesaria para la fosforilación de objetivos posteriores de S6K1. Lo más importante es que SKAR, S6K1 y EJC fueron derribados por un pequeño ARN de interferencia (ARNip) y se descubrió que estaban involucrados en la promoción de la traducción del ARNm empalmado. Con base en estos datos, Blenis cree que la vía mTOR une S6K1 al ARNm recién empalmado a través de SKAR y participa en la traducción. 1 i' h% {7 [4 a+ d# Q2 d
. K6 ~ 3y . al. también encontró que varios factores en el complejo inhibidor unido a factores CBC pueden ser fosforilados por S6K1 para investigar más a fondo si la agregación de S6K1 es suficiente para aumentar la eficiencia de la traducción mediada por EJC, o si se requieren otros factores, esto es muy interesante. + i I1 Y u' Z! k
- d2 o1 X! Una característica importante es que distingue el ARNm recién formado del antiguo molde para la traducción. La vía mTOR/S6K1 actúa específicamente sobre el ARNm recién sintetizado. Mediante este mecanismo, la célula estimula aún más el gen recién iniciado para que produzca proteína. Esta estimulación puede acortar el tiempo de demora general entre la inducción de la transcripción y el efecto biológico posterior. en eucariotas, en los que el ARNm es traducible, la producción es un proceso largo. La síntesis de pre-ARNm tarda decenas de minutos y, en casos extremos, horas, seguida del largo proceso de síntesis de ARNm que impide que las células respondan rápidamente a los estímulos externos. y estimulación dirigida por mTOR/S6K1 de la traducción del ARNm recién sintetizado, que puede compensar la lenta tasa de producción de ARNm. Dado que el EJC puede eliminarse en la primera ronda de traducción, es probable que los efectos anteriores sean de corta duración y se limiten a un período breve. pocos inicios de traducción, a menos que el sustrato S6K1 involucrado en el inicio de la traducción permanezca unido a mRNP después de la disociación de EJC 3 `) Q3 W? c $ x6 t " P # F. {
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La unión de SKAR y EJC es un hallazgo sorprendente porque estudios previos sobre purificación de mRNP empalmados in vitro no identificaron SKAR. Una posible explicación es que SKAR puede unirse a algunos EJC Debido a que SKAR tiene un dominio de unión a ARN, una posibilidad interesante es que SKAR pueda unirse preferentemente a clases específicas de ARNm (p. ej., objetivos importantes para la regulación de S6K). f! Fuck it. P/ R8 D$ A# [7 h1 M' u
El estudio de Ma et al. proporciona una explicación inesperada del mecanismo que promueve la traducción, porque al mismo tiempo, lo contrario. Los informes indican que el complejo tiene un efecto inhibidor sobre la traducción durante el proceso NMD.
Estos hallazgos no son contradictorios, pero resaltan el papel crítico e inusual del EJC en el control de la traducción. ! G4 ^ R+ c+ ¡Yo! v! Territorios del Noroeste
, W3 ]) H3 W! La activación de p3 f1 C9 C durante NMD puede inhibir la traducción de 4xw+{-Q3 c' y3e+B9e.
Z: B%T7^9. ¡respuesta! @+P! P NMD reconoce e inicia la degradación del ARNm a través del código de terminación prematura de la traducción (PTC). NMD es importante para la eliminación de ARNm que contiene PTC de las células debido a mutaciones del ADN, reordenamientos ineficaces del ADN o procesamiento incorrecto del ARNm. Además, NMD regula la expresión de un número considerable de genes normales en algunos eucariotas. En eucariotas, el núcleo proteico conservado del complejo NMD incluye las proteínas Upf1, Upf2 y Upf3. Upf1, como ARN helicasa, es un factor clave involucrado en la terminación de la traducción y el seguimiento de la formación de complejos NMD. En la mayoría de los organismos multicelulares, el ciclo de fosforilación y desfosforilación de Upf1 es importante para la NMD. Estos ciclos están mediados por SGM1, SGM5, SGM6 y SGM7. El ARNm que contiene PTC marcado por el complejo Upf1 es finalmente degradado por factores implicados en la degradación general del ARNm en los cuerpos P.
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Distinguir los cifrados PTC y de terminación normal es un paso necesario para NMD, pero no ha sido completamente estudiado. Un modelo importante es que, además del reconocimiento de codones de parada por el complejo de traducción, el reconocimiento de codones de parada prematuros también requiere señales aguas abajo del codón de parada. En Saccharomyces cerevisiae, Drosophila melanogaster y C. elegans, esta señal puede surgir de una 3'UTR de longitud anormal causada por PTC, aunque el mecanismo por el cual se genera la señal no está claro. La NMD se puede inducir cuando el PTC se encuentra a >50 nucleótidos aguas abajo del límite del exón. Con pocas excepciones, la mayoría de los codones de parada normales se encuentran aguas abajo del último intrón, y los genes que contienen PTC y que carecen de intrones no producen NMD. A través de la unión secuencial de Upf3 y Upf2, EJC proporciona información sobre la posición del intrón al complejo NMD. (D7 c(s)X " N; 一)^
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La investigación actual muestra que la NMD puede seguir el mismo siguientes pasos: (1) En la primera ronda de traducción, el ribosoma terminado en PTC interactúa con los factores de liberación de traducción eRF1, eRF3 y SMG1 para formar SURF (SMG 1-Upf1. (2) Este complejo SURF de transición une el ribosoma a EJC , que une Upf3 y Upf2 aguas abajo (3) La interacción de Upf1 con SMG1 y la unión de Upf2 a EJC desencadenan la fosforilación de UPF 1 por SMG1 (4) El complejo resultante (que incluye EJC, Upf3, Upf2 y Upf1 fosforilado). son señales clave para inducir la degradación del ARNm )j " e+w3 ^: V8 {; i: W
1 q: G" z/ |1 u) M0 h. En su nuevo estudio, Isken y sus colegas proporcionan detalles moleculares de la nueva función de Upf1 fosforilado en el paso final de NMD. Su estudio muestra que Upf1 no solo inicia la degradación del ARNm que contiene PTC, sino que la regulación negativa de Upf1 por pequeños ARN de interferencia también puede afectarla. Inicio de la traducción del ARNm indicador codificado por luciferasa cuando la traducción es iniciada por la ribosa interna del virus de la hepatitis C. Se observa un efecto similar cuando es impulsado por un sitio de entrada in vivo (IRES). Este inicio de la traducción impulsado por IRES difiere del inicio de la traducción clásica. Se basa en el extremo 5' y no requiere unión a una estructura de tapa 5', pero puede unirse directamente a la subunidad ribosómica 40S. Esta conversión puede ocurrir en ribosomas 80S activados, lo que requiere el factor de iniciación, es decir, el ARNt iniciador F2. eIF3. Isken et al. observaron que cuando la traducción de luciferasa depende del IRES del virus de la parálisis del grillo (CrPV), la regulación negativa de Upf1 tiene poco efecto sobre la traducción.
Este resultado sugiere que Upf1 funciona como un inhibidor del inicio de la traducción como se había planteado previamente. Esta función de Upf1 es necesaria para NMD porque si el CrPV IRES inicia la traducción del ARNm de PTC-39 de β-globina, un objetivo putativo de NMD, entonces este ARNm no es NMD. Aunque es poco probable, los resultados anteriores podrían explicarse por el hecho de que este modo particular de inicio de la traducción impulsado por CrPV IRES impide que Upf1 se una de manera eficiente al complejo de terminación de la traducción. # S6 I &L7 o4 F# N,_(N & T% j
4x * y6 k3l "} 8j & La fosforilación de Upf1 es un paso clave en el proceso NMD antes de la degradación del ARNm. Isken estudió el fosforilación de Upf1 y descubrió que esta fosforilación puede inhibir el inicio de la traducción. Se podría imaginar que el Upf1 fosforilado inhibe indirectamente el inicio de la traducción como resultado de la degradación del ARNm activada por NMD (NMD puede eliminar ambos extremos del ARNm, incluida la tapa del extremo 5 '). estructura y la cola poli(A) del extremo 3'), estas estructuras se unen a factores clave de iniciación de la traducción, incluido el factor CBC durante la unión del complejo eIF4 a la estructura cap en la traducción pionera, y a la proteína de unión poli(A). a la cola poli (A). Sin embargo, los resultados de Isken et al. sugieren que Upf1 probablemente afecta las etapas iniciales de la traducción. Primero, muestran que los componentes del complejo eIF3 se inmunoprecipitan con Upf1. cuando está altamente fosforilado, el análisis de transferencia Western superpuesto mostró que Upf1 interactúa con eIF3a, la subunidad grande de eIF3. En segundo lugar, utilizaron lisados de reticulocitos de conejo, que se pueden traducir in vitro, pero no monitorearon la degradación del ARNm. subunidades en sustratos de ARNm sintéticos mediante sedimentación en gradiente de sacarosa y descubrieron que el Upf1 altamente fosforilado no tenía ningún efecto sobre la unión del complejo de ARNt que inicia la subunidad 40S al ARNm. El Upf1 fosforilado (no el Upf1 de tipo salvaje) previene la conversión de la subunidad 40S. complejo de ARNt iniciador en ribosomas 80S traducibles. \( `0 A# C# u
# \+ A9 w+ `6 {6 j Iksen et al. Se observó que la función Upf1 recientemente descubierta se integra con el popular NMD. modelo durante la primera ronda de traducción formando un complejo SURF. Luego, Upf1 y SMG1 se unen al EJC aguas abajo e inician la fosforilación de Upf1 por SMG1. Upf1 fosforilado no solo agrega los factores de degradación del ARNm en esta etapa (el mecanismo de agregación). no está claro), pero también se pone en contacto con eIF3 para evitar un mayor inicio de la traducción. Curiosamente, hallazgos recientes sugieren que eIF3 está involucrado en el reciclaje de ribosomas después de la terminación de la traducción, lo que sugiere que la ubicación de Upf1 y eIF3 puede facilitar su interacción y bloquear una mayor traducción durante. terminación de la traducción. Este mecanismo puede impedir la síntesis de medias proteínas. Además, este proceso puede liberar el mRNP de la maquinaria de traducción y moverlo a los cuerpos P para su degradación. Esta función dual de Upf1 es consistente con la siguiente idea. El objetivo final de NMD es principalmente prevenir la síntesis de proteínas anormales, no solo reducir la vida media del ARNm
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6. C-.x(h"X"t! Sin embargo, los resultados mixtos informados por Isken et al. sugieren que las cosas pueden ser más complicadas. Observaron que la regulación negativa de Upf3 b (también conocida como Upf3x), una forma especializada de Upf2 o Upf3, por parte del ARNip impidió que se produjera NMD, pero no afectó la traducción. Esta observación sugiere que se requiere Upf1 con diversos grados de fosforilación para la represión traduccional y la degradación del ARNm. Se podría imaginar que la represión traslacional por Upf1 fosforilada podría ser un proceso independiente de la NMD, y se necesitan más estudios para determinar la relación entre estos dos procesos. También será importante determinar si Upf1 también afecta el inicio de la traducción en otros organismos, ya que existe evidencia de que la NMD en la levadura puede inhibir la traducción. El estudio en profundidad de las señales de unión que inducen la activación de Upf1 ayudará a comprender el papel de Upf1 en la degradación del ARNm y la traducción posterior.
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Perspectivas
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La compartimentación de la producción de ARNm y la traducción de proteínas en eucariotas aumenta la eficiencia de estos procesos, aunque esta compartimentación hace que la expresión génica en eucariotas sea más lenta que en procariotas. El desacoplamiento físico de la producción y traducción del ARNm puede dificultar la distinción del ARNm recién producido del ARNm antiguo, pero este no es el caso en las células de mamíferos. EJC es un marcador molecular en células de mamíferos que permite a las células distinguir transcripciones antiguas del ARNm recién sintetizado. La plataforma establecida en el núcleo de EJC funciona interactuando con factores específicos en varios pasos regulatorios postranscripcionales, incluida la degradación del ARNm, la localización intracelular y la traducción. También puede encontrar otras características de EJC. Curiosamente, la mayoría de las funciones del EJC están directa o indirectamente relacionadas con la activación o represión de la traducción. Por ejemplo, la localización del ARNm debe coordinarse estrechamente con el control de la traducción para evitar que las proteínas se produzcan en el lugar incorrecto de la célula. Estudios adicionales revelarán claramente cómo la mejora o inhibición de la traducción relacionada con EJC actúa sobre diferentes ARNm en la misma célula. La proteína central de EJC eIF4AIII es muy similar al factor de iniciación de la traducción eIF4A y puede ser un marcador evolutivo de EJC que está altamente relacionado con la traducción. Sorprendentemente, a pesar de las claras ventajas que ofrece el EJC en el control de la expresión génica, la conservación de las subunidades del complejo EJC está restringida a los metazoos. Además, en organismos sin EJC, como Saccharomyces cerevisiae, también existe NMD, localización de ARNm y mejora posterior al empalme de la traducción de ARNm. El ARNm recién sintetizado tiene características adicionales que pueden ser reconocidas por una maquinaria celular importante, y es importante identificar estas características.
2z7d l e)f 1 \ ' yEste artículo fue escrito originalmente por el Sr. Ren Jian, gracias.