Tema 17: PROCESAMIENTO POST-TRANSCRIPCIONAL

Transcripción

1 Tema 17: PROCESAMIENTO POST-TRANSCRIPCIONAL Tipos de ARN: ARNm, ARNr, ARNt, ARNhn, ARNsn, ARNsc Procesamiento en procariotas Procesamiento en eucariotas ARNm: Adición de caperuza y poli(a) Edición Splicing y Splicing alternativo ARNr ARNt

2 Tipos de ARN ARN funcionales (no se traducen a proteínas) - ARN ribosómico (rrna). - ARN de transferencia (trna). - ARN pequeño nuclear (snrna) - ARN citoplasmático pequeño (scrna) ARN informativos (se traducen a proteínas) - ARN mensajero (mrna). - ARN heterogéneo nuclear (hnrna).

3 Ácido Ribonucleico ARN heterogéneo nuclear (hnrna) Molécula precursora del ARNm en eucariotas. Es la molécula transcrita directamente del ADN. Incluye secuencias codificantes (exones) y no codificantes (intrones). Este ARN será procesado. ARN mensajero (mrna) Eucariotas: molécula resultante del procesamiento del hnrna. Procariotas: molécula transcrita directamente del ADN. Codifican para una o varias proteínas. Su secuencia de nucleótidos es traducida en una secuencia de aminoácidos en el proceso de la traducción. Incluye formas muy heterogéneas tanto en tamaño como en secuencia. Existe, en general, una molécula de mrna para cada gen o grupo de genes que codifique una proteína Es el menos abundante de todos los ARNs celulares. En E. coli. Representa entre el 2 y el 5 % del total del ARN celular

4 Tipos de ARNs en la célula eucariótica ARN mensajero ADN: núcleo Mensajero de vida muy corta entre el núcleo y el citoplasma Síntesis protéica: citoplasma Concepto de mrna introducido por François Jacob y Jacques Monod en * Es el molde para la síntesis de proteínas * Polinucleótido. * Composición reflejo de la del ADN que lo especifica. * Heterogéneo en tamaño. * Asociado transitoriamente con los ribosomas. * De síntesis y degradación rápida.

5 Tipos de ARNs en la célula eucariótica ARN ribosómico (rrna) Es el más abundante en la célula (75%). Componente de los ribosomas. Función estructural Función catalítica en la síntesis de proteínas (Ribozimas). Diferentes tipos en función de sus coeficientes de sedimentación. 16S + 21 polipèptidos (subunidad ribosómica pequeña: 30S) Procariotas 23S + 34 polipéptidos (subunidad ribosómica grande: 50S). 5S (subunidad ribosómica grande: 50S). 18S + 30 polipéptidos (subunidad ribosómica pequeña: 40S). Eucariotas 28S (subunidad ribosómica grande: 60S). 5,8S + 49 polipéptidos (subunidad ribosómica grande: 60S). 5S (subunidad ribosómica grande: 60S).

6 Tipos de ARNs en la célula eucariótica ARN de transferencia (trna) ARN pequeño con unos 75 nucleótidos de media. Transporte de aminoácidos activados hasta el ribosoma. Proceso de traducción del mrna. Al menos un tipo de trna para cada uno de los 20 aminoácidos. Algunos aminoácidos tienen varios trnas: Leu y Arg (6 cada uno) Todos los trnas presentan en su extremo 3 la secuencia de nucleótidos CCA. Extremo aceptor del aminoácido. 5

7 Tipos de ARNs en la célula eucariótica ARN pequeño nuclear (snrna) Son secuencias pequeñas de unos 150 nucleótidos de media. Se asocian con proteínas específicas formando los Snurps Participan en el proceso de eliminación de intrones y unión de exones (ARNm). Forman parte de los Espliceosomas: Complejos dinámicos grandes formados por Snurps, proteínas denominadas factores de empalme, y los pre-mrna que se van a procesar.. ARN citoplasmático pequeño (scrna) ARN de unos 300 nucleótidos 7SL RNA que forma parte del SRP (Signal Recognition Particle). Partician en el envío de proteínas a su destinos finales

8 Procesamiento de RNA Procesamiento en procariotas Procesamiento en eucariotas * RNA ribosómico * Metilación * Rotura nucleolítica * RNA ribosómico (RNA polimerasa I) * Metilación * Rotura nucleolítica * RNA mensajero * No modificado * RNA transferente * Rotura en 5 - y 3 - * Adición de CCA * Modificación de bases * RNA mensajero (RNA polimerasa II) * Caperuza 5 * Poliadenilación 3 * Eliminación de intrones (maduración o splicing nuclear) * Edición del ARN * RNA transferente (RNA polimerasa III) * Rotura en 5 - y 3 - * Adición de CCA * Modificación de bases * trna splicing

9 Procesamiento en procariotas ARNm Prácticamente no experimentan ningún tipo de maduración en procariotas. ARNt y ARNr: Se originan por escisión de un mismo transcrito primario. Endonucleasas 1-RNAasa III 2-RNAasa P 3-RNAasa E Exonucleasas

10 Procesamiento en procariotas ARNt RNasa D RNasa P Modificación de bases Escisión en 5 Escisión en 3 Adición de CCA

11 Esquema de un RNA mensajero maduro

12 En los extremos del transcrito pre-mrna se sitúa una cofia en 5 y una cola de poli(a) en 3 pre-mrna

13 Modificación del extremo 5 de la cadena de ARNm durante la transcripción por adicción de una cofia. ARNm Cofia 0 Hidrólisis del extremo 5 trifosfato (RNA-trifosfatasa) Formación de un enlace 5-5 -trifosfato entre extremo 5 -difosfato y el fosfato-α de un GTP. (guanililtransferasa) 2 -O-metil transferasa Cofia 1 Metilación del N 7 de la guanina terminal guanina-7-metil transferasa (S-adenosilmetionina). Cofia 2

14 ARNm Funciones de la cofia en 5 : Marca el extremo 5 para el procesamiento del primer exón Esencial para el transporte del mrna entre el nucleo y el citosol. Interacción con proteínas nucleares. Aumenta la eficiencia de la traducción. Interviene en la formación del complejo de pre-iniciación (cytoplasmic cap-binding proteins) Protege de la actividad de exonucleasas 5 3

15 ARNm Poliadenilación en el extremo 3 1. Una endonucleasa específica reconoce la secuencia AAUAAA en el pre mrna 2. Una poli(a) polimerasa añade unos 250 residuos al extremo 3. El ATP sirve de donador La poliadenilación ocurre antes de que el transcrito se disocie de la ARN polimerasa II Cuál es el papel fisiológico de la cola de poli A? Confiere estabilidad a frente a la acción de nucleasas. Facilita y aumenta la efectividad de la traducción del ARNm Relación inversa entre velocidad de degradación de la cola de poli A y vida media de una molécula de ARNm.

16 Modificación post-transcripcional o corrección del ARN mensajero (RNA editing) Modificación a posteriori de la secuencia del transcrito. Puede afectar a uno o a varios nucleótidos. Se sintetiza en hígado. Participa en el transporte de lípidos celulares La modificación del nucleótido puede acarrear un cambio de aminoácido y que éste afecte a la estructura o la función de la proteína. Ej: Apo B-100,Apo B-48. -Desaminación de citidina, generando uridina - cambio del codón: CAA (Gln) UAA(stop) No puede unirse al receptor de la LDL de la superficie celular Se sintetiza en intestino delgado Transporte de grasa de la dieta

17 Eliminación de los intrones: splicing El pre-arn mensajero está formado por secuencias codificantes denominadas exones separados por secuencias no codificantes denominadas intrones. El proceso de eliminación de los intrones se realiza en el núcleo, mediante un mecanismo muy complejo denominado splicing.

18 Estructura de los intrones Secuencia variable en longitud (50 a pb). Todos comienza con GU y termina con AG. En vertebrados la secuencia consenso es: Extremo 5 : AGGUAAGU Extremo 3 : 10 pirimidinas (U o C), N, C y la secuencia AG. GU-AG Todos los intrones poseen una secuencia interna importante que se denomina centro de ramificación. Esta secuencia se situá entre 20 y 50 nucleótidos secuencia arriba del sitio de empalme 3. Los puntos de corte y empalme se especifican mediante las secuencias situadas en los extremos de los intrones

19 Cómo se unen los exones? Implica la rotura y formación de nuevos enlaces fosfodiesteres Ataque nucleofílico al 5 del segundo exón Ataque nucleofílico (2-5 -fosfodiéster) Extremo 3 OH libre del exón 1 Formación enlace fosfodiester 5-3 Precursor Lazo intermedio Producto Dos reacciones de transesterificación Generación de un grupo 3 -OH libre en el extremo 3 en el exón 1 Unión del grupo 3 -OH con el grupo fosfato 5 del exón 2

20 Cómo se unen los exones? Los RNAs nucleares pequeños (snrnas) de los espliceosomas catalizan el empalme de los precursores de mrna Espliceosoma: Complejos dinámicos grandes (60S) que se forman durante la maduración del mrna Formados por: - snrnps o snurps: asociaciones de snrnas y proteínas - Cientos de proteínas factores de empalme - los pre-mrna que están madurando Reconocen sitios de unión 5 y 3 de los exones así como los puntos de ramificación. Unión de U2-snRNP al centro de ramificación Unión de U1-snRNP al sitio 5 de splicing 5 snrnas: U1, U2, U4, U5, U6

21 Células de mamífero Asociación del complejo U4/U6 U5, previamente formado al complejo U1-U2 (espliceosoma inactiva ). Interacción de U5 con la secuencia del exón en el centro de corte y unión 5. U5 interacciona con el exon en 3. U6 se disocia de U4. U6 se reordena e interacciona con U2 y el extremo 5 del intrón Separación de U1 (spliceosoma activo) Liberación de U2,U5,U6-intrón (lazo) Ataque nuclefílico grupo 3 -OH del exón 1 al centro de emplame del exón 2. Se forma el lazo U2-U6: centro catalítico Primera reacción de transesterificación Ataque nuclefílico del OH 2 del adenilato U5 alinea el exón libre en 5 con el situado en 3

22 La maduración está catalizada principalmente por moléculas RNA (Ribozimas), con las proteínas desempeñando un papel secundario

23 Splicing alternativo 1. Mecanismo que crea diversos ARN maduros a partir de un mismo gen, mediante corte y empalme de distintas combinaciones de exones. 2. La selección que controla qué centros de cortes y empalmes son elegidos, viene determinada por la unión de factores de maduración. 3. Se generan distintas formas de una proteína según el tejido, estado de desarrollo, vía de señalización Mecanismo que genera diversidad proteica En el genoma humano, la mayor parte de los pre-mrna experimentan splicing alternativo

24 Splicing alternativo Gen de la Calcitonina Proteína relacionada con el gen de la calcitonina

25 ARNr Las moléculas de ARN ribosómico se forman por rotura de transcritos primarios RNA polimerasa III (nucleoplasma) RNA polimerasa I (nucleolo) snornps

26 ARNt RNA polimerasa III Sufren una escisión de una secuencia guía 5. Eliminación de un intrón de 14 nucleótidos. Sustitución del extremo terminal 3 UU por CCA. Modificaciones químicas de bases y ribosa. RNasa P endonucleasa ligasa