Edición do ARN

A edición do ARN (RNA editing) é un proceso molecular de modificación do ARN no cal algunhas células poden producir pequenos cambios en secuencias nucleotídicas específicas nunha molécula de ARN despois de que este foi orixinado pola actividade da ARN polimerase. A edición do ARN é un proceso relativamente pouco común, e as formas máis habituais de procesamento do ARN, como o empalme, formación da carapucha 5' (capping) e a poliadenilación 3', non se consideran xeralmente incluídas dentro desta "edición" ou modificación. A edición pode consistir en insercións, delecións, e substitucións de bases de nucleótidos na molécula de ARN.

Observouse edición do ARN nalgúns ARNt, ARNr, ARNm e microARN en eucariotas e os seus virus, arqueas e bacterias.[1] A edición do ARN ocorre no núcleo celular e no citosol, e tamén nas mitocondrias e plastidios. Nos vertebrados, a edición é rara e xeralmente consiste nun pequeno número de cambios na secuencia das moléculas afectadas. Noutros organismos, pode haber unha edición extensa (pan-edición ou pan-editing), na cal nalgúns casos a maioría dos nucleótidos da secuencia final dun ARNm orixináronse como resultado da edición.

O proceso de edición do ARN presenta unha grande diversidade molecular, e algunhas das modificacións parecen ser adquisicións evolutivamente recentes que apareceron independentemente unhas doutras. Entre a diversidade dos fenómenos de edición do ARN están as modificacións de nucleobases como a citidina (C) que cambia a uridina (U), e a adenosina (A) que cambia a inosina (I), que son desaminacións, e tamén as adicións e insercións de nucleótidos non incluídos na secuencia molde do ADN. A edición do ARN no caso dos ARNm altera a secuencia de aminoácidos da proteína codificada para que esta difira da que estaba prevista na secuencia de ADN xenómica.[2]

O Complexo Editosoma.

Edición por inserción ou deleción

Atopáronse exemplos de edición do ARN por medio da adición ou deleción de uracilo en cinetoplastos das mitocondrias do protozoo Trypanosoma brucei[3] Como isto pode implicar unha grande fracción dos sitios dun xene, este tipo de edición extensa denomínase "pan-edición" para distinguila da edición que afecta só a un ou uns poucos sitios.

A pan-edición empeza co apareamento de bases do transcrito primario sen editar cun ARN guía (ARNg), que contén secuencias complementarias das rexións que están arredor dos puntos de inserción/deleción. A rexión de dobre cadea que se forma é despois rodeada por un editosoma, que é un grande complexo multiproteico que cataliza a edición.[4][5] O editosoma abre o transcrito no primeiro nucleótido mal apareado e empeza a inserir uridinas. As uridinas inseridas aparéanse coas bases do ARN guía, e a inserción continúa mentres haxa A ou G no ARN guía, e para cando encontra unha C ou U.[6][7] Os nucleótidos inseridos causan un cambio de pauta de lectura e orixinan a tradución dunha proteína que difire do codificado no seu xene.

Efecto da inserción dun uracilo nos transcritos de pre-ARNm.

O mecanismo do editosoma inplica un corte endonucleotídico no punto onde están as bases mal apareadas entre o ARN guía e o transcrito sen editar. O seguinte paso é catalizado por un dos encimas do complexo, unha U-transferase terminal, que engade uridinas procedentes de UTP no extremo 3’ do ARNm.[8] Os extremos abertos son mantidos no seu sitio por outras proteínas do complexo. Outro encima chamado exorribonuclease U-específica, elimina as U desapareadas. Unha vez que a edición fixo que o ARNm sexa complementario do ARNg, unha ARN ligase une os extremos do transcrito de ARNm editado.[9][10] Como consecuencia, o editosoma pode editar só en dirección 5'→3' ao longo do transcrito primario de ARN. O complexo só pode actuar á vez sobre un ARN guía. Por tanto, un transcrito de ARN que requira unha extensa edición necesitará máis dun ARN guía e dun complexo editosoma.

Edición por desaminación

Edición C-U

Nesta edición intervén unha citidina desaminase que desamina a base citidina converténdoa en uridina. Un exemplo de edición de C a U ten lugar no xene humano da apolipoproteína B. A ApoB100 exprésase no fígado e a ApoB48 nos intestinos. A forma B100 ten unha secuencia CAA que se edita nos intestinos a UAA, que é un codón de parada, pero non se edita no fígado.

Efecto dunha edición C-U do ARN no xene humano ApoB.

Edición A-I

A edición de A a I é a principal forma de edición do ARN en mamíferos [11] e prodúcese en rexións de ARN de dobre cadea (dsRNA). Os encimas que realizan esta edición son as adenosina desaminases que actúan sobre o ARN (ADARs), que están implicadas na desaminación hidrolítica da adenosina a inosina (de A a I). A edición de A a I pode ser específica (edítase unha soa adenosina nun tramo de ARN de dobre cadea) ou máis extensa ou "promiscua" (edítanse ata o 50% das adenosinas). A edición específica ocorre en curtos duplexos (por exemplo, os formados nun ARNm no se aparea unha secuencia intrónica cunha secuencia exónica complementaria), mentres que a edición máis extensa ten lugar en rexións máis longas en dúplex (por exemplo, pre- ou pri-miARNs, duplexos orixinados a partir dun transxene ou expresión viral, ou duplexos orixinados a partir de elementos repetitivos apareados). Hai moitos efectos da edición de A a I, que se deben a que I se comporta como se fose G tanto na tradución coma durante a formación de estruturas secundarias. Entre estes efectos están a alteración da capacidade de codificación,[12] poboacións alteradas de ARN interferente pequeno ou microARN, formación de heterocromatina, secuestro nuclear, secuestro citoplasmático, clivaxe endonucleolítica pola proteína Tudor-SN, inhibición do procesamento de miARN e ARN interferente pequeno (siRNA), e alteración do splicing.

Edición do ARN en mitocondrias vexetais e plastidios

En estudos previos observárase que os únicos tipos de edición do ARN en mitocondrias e plastidios de plantas eran a conversión de C a U e de U a C (moi raro) [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] .[25] Os sitios de edición do ARN encóntranse principalmente nas rexións codificantes do ARNm, en intróns, e noutras rexións non traducidas.[15] A edición do ARN pode restaurar a funcionalidade de moléculas de ARNt.[17][18] Os sitios de edición encóntranse principalmente augas arriba nos ARNs mitocondriais e de plastidios. O mecanismo exacto non se coñece, pero estudos previos especularon con que interviñan ARNs guías e o complexo editosoma. A razón subxacente desta idea era que para unha desaminase había demasiados sitios de edición que necesitaban ser cambiados nestes orgánulos.

A edición do ARN é esencial para o funcionamento normal da tradución nas plantas e da actividade respiratoria. A edición pode restaurar as secuencias apareadas esenciais dos ARNt, que recuperan a súa funcionalidade.[26] Tamén foi ligada á produción de proteínas de ARN editado, que se incorporan aos complexos polipeptídicos da vía respiratoria. Por tanto, é moi probable que os polipéptidos sintetizados a partir dos ARNs non editados non funcionarían correctamente e dificultarían a actividade de mitocondrias e plastidios.

Resumo das funcións da edición do ARN.

Edición do ARN en virus

A edición do ARN en virus (como os do sarampelo, papeiras, ou parainfluenza) utilízase para dar estabilidade e xeración de variantes proteicas.[27] [28] Os ARNs virais tanscríbense por unha ARN polimerase-ARN-dependente codificada polo virus, que tende a deterse e "tatexar" en certas combinacións de nucleótidos. Ademais, a polimerase engade ata varios centos de A no extremo 3' do ARNm nacente.[29] Estas A axudan a estabilizar o ARNm. Ademais, a detención e "tatexo" da ARN polimerase permiten a incorporación dunha ou dúas G ou A augas arriba do codón traducional.[29] A adición de nucleótidos que non estaban no molde cambia a pauta de lectura, o cal xera unha proteína diferente.

Orixe e evolución da edición de ARN

O sistema de edición do ARN que presentan os animais puido ter evolucionado a partir de mononucleótido desaminases, o cal levou á formación de familias xénicas maiores que inclúen os xenes apobec-1 e adar. Estes xenes comparten unha identidade moi próxima coas desaminases bacterianas implicadas no metabolismo de nucleótidos. A adenosina desaminase de E. coli non pode desaminar un nucleósido no ARN; o peto de reacción do encima é demasiado pequeno para que se una a cadea de ARN. Porén, este sitio activo é ampliado por cambios nos aminoácidos nos xenes humanos análogos correspondentes, APOBEC-1 e ADAR, o que fai posible a desaminación [30] [31] A pan-edición mediada por ARN guías das mitocondrias dos tripanosomas, que implica a inserción de residuos U, é unha reacción bioquímica completamente diferente. Os encimas implicados son recrutados e adaptados de diferentes fontes.[4][32] Pero, a especificidade da inserción de nucleótidos por medio da interacción entre o ARNg e o ARNm é similar aos procesos de edición do ARNt nas mitocondrias animais e do protozoo Acanthamoeba.[33] A metilación de ribosa eucariótica do ARNr por moléculas de ARN guías é unha forma de modificación similar.[34]

Pódese dicir, pois, que a edición do ARN evolucionou máis dunha vez. Suxeríronse varias razóns adaptativas para a adopción da edición do ARN.[35] A edición descríbese a miúdo como un mecanismo de corrección ou reparación para compensar os defectos nas secuencias dos xenes. Con todo, no caso da edición mediada por ARNg, esta explicación non parece posible porque se ocorre primeiro un defecto na secuencia, non hai maneira de xerar unha rexión codificante de ARNg libre de erro, a cal presumiblemente se orixina por duplicación da rexión xénica orixinal. Esta idea levou a facer unha proposta evolutiva chamada "evolución neutra construtiva" na cal a orde dos pasos do proceso está invertida, e a capacidade innecesaria de editar precede ao "defecto".[36]

A edición do ARN pode estar implicada na súa degradación

Un estudo recente examinou a implicación da edición do ARN na degadación do ARN.[37] Examinouse especificamente a interacción entre o encima ADAR1 e a proteína hUpf1, que é un encima implicado na vía de degradación do ARN mediada por sen sentido (NMD). O resultado encontrado foi que ADAR1 e hUpf1 se atopan no supraspliceosoma e forman un complexo que orixina a regulación á baixa de xenes específicos, pero os mecanismos exactos ou as vías exactas nas que estas dúas proteínas están implicadas non se coñecen polo momento.

Notas

  1. ↑ Su, AA; Randau, L (2011 Aug). "A-to-I and C-to-U editing within transfer RNAs.". Biochemistry. Biokhimiia 76 (8): 932–7. PMID 22022967. 
  2. ↑ Brennicke, A., A. Marchfelder; et al. (1999). "RNA editing". FEMS Microbiol Rev 23 (3): 297–316. PMID 10371035. doi:10.1111/j.1574-6976.1999.tb00401.x. 
  3. ↑ Benne, R. (1994). "RNA editing in trypanosomes". Eur. J. Biochem 221 (1): 9–23. PMID 7513284. doi:10.1111/j.1432-1033.1994.tb18710.x. 
  4. ↑ 4,0 4,1 Arts, G.J. and Benne, R. (1996). "Mechanism and evolution of RNA editing in kinetoplastida". Biochim. Biophys. Acta 1307 (1): 39–54. PMID 8652667. 
  5. ↑ Alfonzo, J.D., Thiemann, T. and Simpson, L. (1997). "The mechanism of U insertion/deletion RNA editing in kinetoplastid mitochondria". Nucleic Acids Res. 25 (19): 3751–3759. PMC 146959. PMID 9380494. doi:10.1093/nar/25.19.3751. 
  6. ↑ Blum, B., Bakalara, N. and Simpson, L. (1990). "A model for RNA editing in kinetoplastid mitochondria: `Guide' RNA molecules transcribed from maxicircle DNA provide the edited information". Cell 60 (2): 189–198. PMID 1688737. doi:10.1016/0092-8674(90)90735-W. 
  7. ↑ Kable, ML; Heidmann, S; Stuart, KD (1997). "RNA editing : getting U into RNA". Trends Biochem. Sci. 22 (5): 162–166. PMID 9175474. doi:10.1016/S0968-0004(97)01041-4. 
  8. ↑ Simpson, L; Thiemann, OH (1995). "Sense from nonsense: RNA editing in mitochondria of kinetoplastid protozoa and slime molds". Cell 81 (6): 837–840. PMID 7781060. doi:10.1016/0092-8674(95)90003-9. 
  9. ↑ Stuart, K. (1991). "RNA editing in mitochondrial mRNA of trypanosomatids". Trends Biochem. Sci. 16 (2): 68–72. PMID 1713359. doi:10.1016/0968-0004(91)90027-S. 
  10. ↑ Hajduk, S.L. and Sabatini, R.S. (1998). "Mitochondrial mRNA editing in kinetoplastid protozoa". Modification and Editing of RNA (Grosjean, H. and Benne, R., Eds.) (ASM Press, Washington, DC.): 377–394. 
  11. ↑ Danecek, P.; et al. (2012). "High levels of RNA-editing site conservation amongst 15 laboratory mouse strains.". Genome Biology. 13:26 (4). PMC 3446300. PMID 22524474. doi:10.1186/gb-2012-13-4-r26. 
  12. ↑ Garrett, S.; Rosenthal, J. J. C. (5 January 2012). "RNA Editing Underlies Temperature Adaptation in K+ Channels from Polar Octopuses". Science. doi:10.1126/science.1212795. 
  13. ↑ Covello, P.S. and Gray, M.W. (1989). "RNA editing in plant mitochondria". Nature 341 (6243): 662–666. PMID 2552326. doi:10.1038/341662a0. 
  14. ↑ Gualberto, J.M., Lamattina, L., Bonnard, G., Weil, J.H. and Grienenberger, J.M. (1989). "RNA editing in wheat mitochondria results in the conservation of protein sequences". Nature 341 (6243): 660–662. PMID 2552325. doi:10.1038/341660a0. 
  15. ↑ 15,0 15,1 Hiesel, R., Wissinger, B., Schuster, W. and Brennicke, A. (1989). "RNA editing in plant mitochondria". Science 246 (4937): 1632–1634. PMID 2480644. doi:10.1126/science.2480644. 
  16. ↑ Hoch, B., Maier, R.M., Appel, K., Igloi, G.L. and Ko« ssel, H. (1991). "Editing of a chloroplast mRNA by creation of an initiation codon". Nature 353 (6340): 178–180. PMID 1653905. doi:10.1038/353178a0. 
  17. ↑ 17,0 17,1 Pring, D., Brennicke, A. and Schuster, W. (1993). "RNA editing gives a new meaning to the genetic information in mitochondria and chloroplasts.". Plant Mol. Biol. 21 (6): 1163–1170. PMID 8490134. doi:10.1007/BF00023611. 
  18. ↑ 18,0 18,1 Wissinger, B., Brennicke, A. and Schuster, W. (1992). "Regeneration good sense: RNA editing and trans splicing in plant mitochondria". Trends Genet. 8 (9): 322–328. PMID 1365399. doi:10.1016/0168-9525(92)90265-6. 
  19. ↑ Grienenberger, J.M. (1993). "RNA editing in plant organelles.". RNA Editing (Benne, R., Ed.), Ellis Harwood, New York. 
  20. ↑ Malek, O., La«ttig, K., Hiesel, R., Brennicke, A. and Knoop, V. (1996). "RNA editing in bryophytes and a molecular phylogeny of land plants". EMBO J. 15 (6): 1403–1411. PMC 450045. PMID 8635473. 
  21. ↑ Freyer, R., Kiefer-Meyer, M.C. and Ko« ssel, H. (1997). "Occurrence of plastid RNA editing in all major lineages of land plants". Proc. Natl. Acad. Sci. USA 12: 6285–6296. PMID 9177209. doi:10.1073/pnas.94.12.6285. 
  22. ↑ Dietrich, A., Small, I., Cosset, A., Weil, J.H. and Marechal- Drouard, L. (1996). "Editing and import: Strategies for providing plant mitochondria with a complete set of functional transfer RNAs". Biochimie 75: 518–529. 
  23. ↑ Bock, R., Hermann, M. and Fuchs, M. (1997). "Identification of critical nucleotide positions for plastid RNA editing site recognition". RNA 3: 1194–1299. 
  24. ↑ Gray, M.W. and Covello, P.S. (1993). "RNA editing in plant mitochondria and chloroplasts.". FASEB J. 7 (1): 64–71. PMID 8422976. 
  25. ↑ Marchfelder, A., Binder, S., Brennicke, A. and Knoop, V. (1998). "Preface". In: Modifcation and Editing of RNA (Grosjean, H. and Benne, R., Eds.) (ASM Press, Washington, DC): 307–323. 
  26. ↑ Price, D.H. and Gray, M.W. (1998). "Editing of tRNA". In: Modification and Editing of RNA (Grosjean, H. and Benne, R., Eds.) (ASM Press, Washington, DC): 289–306. 
  27. ↑ Curran, J., Boeck, R. and Kolakofsky, D. (1991). "The Sendai virus P gene expresses both an essential protein and an inhibitor of RNA synthesis by shuffling modules via mRNA editing". EMBO J. 10 (10): 3079–3085. PMC 453024. PMID 1655410. 
  28. ↑ Zheng, H., Fu, T.B., Lazinski, D. and Taylor, J. (1992). "Editing on the genomic RNA of human hepatitis delta virus". J. Virol. 66 (8): 4693–4697. PMC 241294. PMID 1629949. 
  29. ↑ 29,0 29,1 Kolakofsky, D. and Hausmann, S. (1998). "Cotranscriptional paramyxovirus mRNA editing: a contradiction in terms?". In: Modification and Editing of RNA (Grosjean, H. and Benne, R., Eds.) (ASM Press, Washington, DC): 413–420. 
  30. ↑ Carter, C.W. (1998). "Nucleoside deaminases for cytidine and adenosine: comparisons with deaminases acting on RNA". In: Modification and Editing of RNA (Grosjean, H. and Benne, R., Eds.) (ASM Press, Washington, DC): 363–376. 
  31. ↑ Navaratnam, N., Fujino, T., Bayliss, J., Jarmuz, A., How, A., Richardson, N., Somasekaram, A., Bhattacharya, S., Carter, C. and Scott, J. (1998). "Escherichia coli cytidine deaminase provides a molecular model for ApoB RNA editing and a mechanism for RNA substrate recognition". J. Mol. Biol. 275 (4): 695–714. PMID 9466941. doi:10.1006/jmbi.1997.1506. 
  32. ↑ Covello, P.S. and Gray, M.W. (1993). "On the evolution of RNA editing". Trends Genet. 9 (8): 265–268. PMID 8379005. doi:10.1016/0168-9525(93)90011-6. 
  33. ↑ Lonergan, K.M. and Gray, M.W. (1993). "Predicted editing of additional transfer RNAs in Acanthamoeba castellanii mitochondria". Nucleic Acids Res. 21 (18): 4402. PMC 310088. PMID 8415006. doi:10.1093/nar/21.18.4402. 
  34. ↑ Bachellerie, J.-P. and Cavaille, J. (1998). "Small nucleolar RNAs guide the ribose methylations of eukaryotic rRNAs". In: Modifcation and Editing of RNA (Grosjean, H. and Benne, R., Eds.) (ASM Press, Washington, DC): 255–272. 
  35. ↑ Speijer, D. (Mar 7). "Does constructive neutral evolution play an important role in the origin of cellular complexity?: Making sense of the origins and uses of biological complexity". BioEssays 33 (5): n/a–n/a. PMID 21381061. doi:10.1002/bies.201100010. 
  36. ↑ Stoltzfus, A. (1999). "On the possibility of constructive neutral evolution". J Mol Evol 49 (2): 169–181. PMID 10441669. doi:10.1007/PL00006540. 
  37. ↑ Agranat, L., Raitskin, O., Sperling, J., and Sperling, R. (2008). "The Editing Enzyme ADAR1 and The mRNA Surveillance Protein hUpf1 Interact in the Cell Nucleus". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105 (13): 5028–5033. PMC 2278206. PMID 18362360. doi:10.1073/pnas.0710576105. 

Véxase tamén

Outros artigos

Ligazóns externas