Carapucha 5'

Estrutura da carapucha 5′.

En bioloxía molecular, a carapucha 5′,[1] carapucha 5 prima ou caparuza 5′ (moitas veces utilízase a denominación inglesa 5' cap ou 5'-cap) é un nucleótido especialmente alterado situado no extremo 5' do ARN mensaxeiro precursor e algúns outros transcritos primarios atopados en eucariotas. Tamén se pode denominar carapucha 7-metilguanosina ou carapucha m7G, carapucha G ARN m7 ou caparuza 5'. O proceso de formación da carapucha 5' é vital para crear ARNm maduro, que pode experimentar despois a súa tradución a proteínas. A formación da carapucha asegura a estabilidade do ARNm durante a tradución, e é un proceso moi regulado que ocorre no núcleo celular exclusivamente, polo que os ARNm de mitocondrias e cloroplastos non teñen carapucha 5'.[2][3]

Estrutura da carapucha 5′

[editar | editar a fonte]
Molécula de 7-metilguanosina con carga positiva no N.

A carapucha 5′ encóntrase no extremo 5' dunha moécula de ARNm e consiste nunha molécula dun nucleótido con guanina unido ao ARNm por medio dun enlace 5′-5′ trifosfato pouco común. Esta guanosina é metilada in vivo no nitróxeno en posición 7 directamente despois da formación da carapucha por unha metil transferase, o que crea unha carga positiva en dito nitróxeno. Por iso tamén se denomina carapucha 7-metilguanosina ou 7-metilguanilato, abreviada m7G.

Posteriores modificacións son a posible metilación dos grupos hidroxilo 2' das dúas primeiras ribosas do extremo 5' do ARNm. A metilación de ambos os grupos hidroxilo móstrase no primeiro diagrama.

A carapucha 5′ parécese ao extremo 3' dun ARN (o carbono 5′ da ribosa da carapucha está enlazado, e o 3' non). Isto proporciónalle á molécula unha significativa resistencia ás exonucleases 5'.

As moléculas de ARNm poden perder a súa carapucha 5' nun proceso chamado "descarapuchado" do ARNm ou decapping.

Os ARNs nucleares pequenos conteñen carapuchas 5' peculiares. Os ARN nucleares pequenos da clase Sm presentan carapuchas con 5'-trimetilguanosina, mentres que os da clase Lsm teñen carapuchas con 5'-monometilfosfato.[4]

Formación da carapucha

[editar | editar a fonte]

O punto de comezo para a formación da carapucha ou "carapuchado" (capping) é o extremo 5' inalterado dunha molécula de ARNm. Este presenta un nucleótido final unido a tres grupos fosfato polo carbono 5'.

  1. Un dos grupos fosfato terminais é eliminado por unha fosfatase terminal do ARN, o que deixa só dous fosfatos.
  2. Unha guanilil transferase utiliza como substrato un GTP para engadir un GMP aos devanditos dous fosfatos terminais. No proceso pérdense dous grupos fosfato procedentes do GTP, polo que o que se engade realmente é GMP. Como o GMP se uniu polo seu único fosfato aos dous grupos fosfato que xa estaban no extremo, fórmase un enlace 5′–5′ trifosfato.
  3. O nitróxeno en posición 7 da base nitroxenada guanina do GMP é metilado seguidamente por unha metil transferase.
  4. Poden producirse metilacións tamén nos nucleótidos adxacentes á carapucha, normalmente no segundo e terceiro nucleótidos. Se a segunda base desde o extremo é unha 2'-O-ribosa metil-adenosina, pode ser adicionalmente metilada na posición N6, formando N6-metiladenosina.[5] A terceira base desde o extremo é moitas veces metilada tamén (o 10-15% das veces).

Encimas implicados

[editar | editar a fonte]

O complexo encimático para a adición da carapucha (Capping Enzyme Complex, CEC) necesario para a formación da carapucha está unido á ARN polimerase II antes de que empece a transcrición. Axiña que o extremo 5' do novo transcrito emerxe durante a transcrición, os encimas transfírense a el e empezan a formar a carapucha (este é un mecanismo similar ao que se produce na poliadenilación).[6][7][8][9]

Os encimas para a formación da carapucha soamente poden unirse á ARN polimerase II asegurando así a especificidade para só eses transcritos, que son case exclusivamente ARNm. [7][9]

Función da carapucha 5′

[editar | editar a fonte]

A carapucha 5′ ten 4 funcións principais:

  1. Regulación da exportación nuclear dos ARNm.[10][11]
  2. Prevención da degradación por exonucleases do ARNm.[12][13][14]
  3. Promoción da tradución doa ARNm.)[5][15][16]
  4. Promoción da excisión do intrón máis próximo ao extremo 5′.[17][18]

A exportación nuclear do ARN está regulada polo complexo de unión á carapucha (cap binding complex, CBC), que se une exclusivamente aos ARN con carapucha. O CBC é recoñecido despois polo complexo dos poros nucleares e exportado. Unha vez no citoplasma despois da primeira rolda de tradución do ARNm, o CBC é substituído polos factores de transcrición eIF-4E e eIF-4G. Este complexo é despois recoñecido pola outra maquinaria de iniciación da tradución incluído o ribosoma.[19]

A carapucha 5' impide a degradación do ARN de dúas maneiras. En primeiro lugar, como se mencionou antes, impídese a degradación do ARNm polas exonucleases 5′ porque funcionalmente o extremo 5' con carapucha semella un extremo 3'. En segundo lugar, o CBC e o factor eIF-4E/eIF-4G bloquean o acceso á carapucha dos encimas que eliminan a carapucha (decapping). Isto incrementa a vida media do ARNm, esencial nos eucariotas, xa que o proceso de exportación leva bastante tempo.

A eliminación da carapucha dun ARNm está catalizada por un complexo formado por polo menos Dcp1 e Dcp2, o cal debe competir con eIF-4E para unirse á carapucha. Así, a carapucha 5' é un marcador dos ARNm en activa tradución e as células utilízano para regular as vidas medias dos ARNm en resposta a novos estímulos. Os ARNm non desexables envíanse aos corpos P para o seu almacenamento temporal ou para a eliminación da carapucha, proceso do que non se coñecen os detalles.[20]

O mecanismo da promoción da excisión do intrón proximal do extremo 5' non se comprende ben, pero a carapucha 5′ parece formar un bucle arredor do espliceosoma e interacciónar con el durante o proceso de splicing, o que promovería a excisión do intrón.

Notas

[editar | editar a fonte]
  1. ↑ Bruce Alberts et al. Biología Molecular de la Célula. Omega. 1986. Páxina 440. ISBN 84-282-0752-6. Como comparación, esta obra é un exemplo das que o denominan (en castelán) "caperuza" (carapucha). Cap en inglés pode significar carapucha, caparucha, caparuza, gorro, tapa, tapón, remate, entre outras cousas.
  2. ↑ Temperley, Richard J.; Wydro, Mateusz; Lightowlers, Robert N.; Chrzanowska-Lightowlers, Zofia M. (June 2010). "Human mitochondrial mRNAs—like members of all families, similar but different". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 1797 (6-7): 1081–1085. doi:10.1016/j.bbabio.2010.02.036. Consultado o 12 December 2014. 
  3. ↑ Monde, Rita A; Schuster, Gadi; Stern, David B (7 June 2000). "Processing and degradation of chloroplast mRNA". Biochimie 82 (6-7): 573–582. doi:10.1016/S0300-9084(00)00606-4. Consultado o 12 December 2014. 
  4. ↑ Matera, A. Gregory; Terns, Rebecca M.; Terns, Michael P. (March 2007). "Non-coding RNAs: lessons from the small nuclear and small nucleolar RNAs". Nature Reviews Molecular Cell Biology 8 (3): 209–220. doi:10.1038/nrm2124. Consultado o 12 December 2014. 
  5. ↑ 5,0 5,1 Shatkin, A (December 1976). "Capping of eucaryotic mRNAs". Cell 9 (4): 645–653. doi:10.1016/0092-8674(76)90128-8.
  6. ↑ Cho, E.-J.; Takagi, T.; Moore, C. R.; Buratowski, S. (15 December 1997). "mRNA capping enzyme is recruited to the transcription complex by phosphorylation of the RNA polymerase II carboxy-terminal domain". Genes & Development 11 (24): 3319–3326. doi:10.1101/gad.11.24.3319. Consultado o 23 November 2014. 
  7. ↑ 7,0 7,1 Fabrega, Carme; Shen, Vincent; Shuman, Stewart; Lima, Christopher D. (June 2003). "Structure of an mRNA Capping Enzyme Bound to the Phosphorylated Carboxy-Terminal Domain of RNA Polymerase II". Molecular Cell 11 (6): 1549–1561. doi:10.1016/S1097-2765(03)00187-4. Consultado o 23 November 2014. 
  8. ↑ Ho, C. (15 December 1999). "An essential surface motif (WAQKW) of yeast RNA triphosphatase mediates formation of the mRNA capping enzyme complex with RNA guanylyltransferase". Nucleic Acids Research 27 (24): 4671–4678. doi:10.1093/nar/27.24.4671. Consultado o 23 November 2014. 
  9. ↑ 9,0 9,1 Hirose, Yutaka; Manley, James L (2000). "RNA polymerase II and the integration of nuclear events". Genes & Dev 14: 1415–1429. doi:10.1101/gad.14.12.1415. Consultado o 23 November 2014. 
  10. ↑ Visa, N.; Izaurralde, E.; Ferreira, J.; Daneholt, B.; Mattaj, I. W. (1 April 1996). "A nuclear cap-binding complex binds Balbiani ring pre-mRNA cotranscriptionally and accompanies the ribonucleoprotein particle during nuclear export". The Journal of Cell Biology 133 (1): 5–14. doi:10.1083/jcb.133.1.5. Consultado o 23 November 2014. 
  11. ↑ Lewis, Joe D.; Izaurralde, Elisa (15 July 1997). "The Role of the Cap Structure in RNA Processing and Nuclear Export". European Journal of Biochemistry 247 (2): 461–469. doi:10.1111/j.1432-1033.1997.00461.x. Consultado o 23 November 2014. 
  12. ↑ Evdokimova, Valentina; Ruzanov, Peter; Imataka, Hiroaki; Raught, Brian; Svitkin, Yuri; Ovchinnikov, Lev P.; Sonenberg, Nahum (1 October 2001). "The major mRNA-associated protein YB-1 is a potent 5' cap-dependent mRNA stabilizer". The EMBO Journal 20 (19): 5491–5502. doi:10.1093/emboj/20.19.5491. Consultado o 23 November 2014. 
  13. ↑ Gao, Min; Fritz, David T.; Ford, Lance P.; Wilusz, Jeffrey (March 2000). "Interaction between a Poly(A)-Specific Ribonuclease and the 5′ Cap Influences mRNA Deadenylation Rates In Vitro". Molecular Cell 5 (3): 479–488. doi:10.1016/S1097-2765(00)80442-6. Consultado o 23 November 2014. 
  14. ↑ Burkard, K. T. D.; Butler, J. S. (15 January 2000). "A Nuclear 3'-5' Exonuclease Involved in mRNA Degradation Interacts with Poly(A) Polymerase and the hnRNA Protein Npl3p". Molecular and Cellular Biology 20 (2): 604–616. doi:10.1128/MCB.20.2.604-616.2000. Arquivado dende o orixinal o 06 de novembro de 2018. Consultado o 23 November 2014. 
  15. ↑ Banerjee, A K (June 1980). "5'-terminal cap structure in eucaryotic messenger ribonucleic acids". Microbiol Rev 44 (2): 175–205.
  16. ↑ Sonenberg, Nahum; Gingras, Anne-Claude (April 1998). "The mRNA 5′ cap-binding protein eIF4E and control of cell growth". Current Opinion in Cell Biology 10 (2): 268–275. doi:10.1016/S0955-0674(98)80150-6. [1] Arquivado 24 de setembro de 2015 en Wayback Machine.
  17. ↑ Konarska, Maria M.; Padgett, Richard A.; Sharp, Phillip A. (October 1984). "Recognition of cap structure in splicing in vitro of mRNA precursors". Cell 38 (3): 731–736. doi:10.1016/0092-8674(84)90268-X. Consultado o 12 December 2014. 
  18. ↑ "Recognition of cap structure in splicing in vitro of mRNA precursors". Arquivado dende o orixinal o 22 de febreiro de 2014. Consultado o 11 de decembro de 2012. 
  19. ↑ Kapp, L.D.; Lorsch, J.R. (2004). "The Molecular Mechanics of Eukaryotic Translation" (PDF). Annual Review of Biochemistry 73 (1): 657–704. PMID 15189156. doi:10.1146/annurev.biochem.73.030403.080419. 
  20. ↑ Parker, R.; Sheth, U. (2007). "P Bodies and the Control of mRNA Translation and Degradation" (w). Molecular Cell 25 (5): 635–646. PMID 17349952. doi:10.1016/j.molcel.2007.02.011. 

Véxase tamén

[editar | editar a fonte]

Outros artigos

[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas

[editar | editar a fonte]
  • "RNA Caps". PubMed Medical Subject Heading (MeSH). National Institutes of Health.