Rexión non traducida cinco prima

A rexión non traducida cinco prima, xeralmente escrita como 5′ UTR (do inglés 5′ Untranslated Region), tamén coñecida como secuencia líder ou ARN líder, é a rexión dos ARNm que está situada directamente augas arriba (en dirección ao extremo 5') do codón de iniciación para a tradución. Esta rexión é importante para a regulación da tradución dos transcritos de ARNm por diferentes mecanismos en virus, procariotas e eucariotas. Aínda que esta rexión se chame "non traducida" e normalmente non se traduza, ás veces a 5′ UTR ou unha porción dela pode traducirse nun produto proteico, o cal pode despois regular a tradución da secuencia codificante principal contida no ARNm. Porén, na maioría dos organismos, a 5′ UTR non se traduce en absoluto, senón que forma unha estrutura secundaria complexa que regula a tradución. A 5′ UTR interacciona con proteínas. Ademais, esta rexión está implicada na regulación da transcrición, como no caso do xene sex-lethal (Sxl) da mosca Drosophila.^[1]

Estrutura xeral da 5′ UTR dun transcrito de ARNm.

Estrutura xeral

Lonxitude

A 5′ UTR empeza no sitio de comezo da transcrición e acaba un nucleótido (nt) antes do codón de iniciación (xeralmente o AUG) da rexión codificante. Nos procariotas, a lonxitude da 5′ UTR adoita ser de 3-10 nucleótidos mentres que nos eucariotas adoita ter unha lonxitude entre 100 e varios miles de nucleótidos.^[2] Por exemplo, o transcrito de ARNm de ste11 no lévedo Schizosaccharomyces pombe ten unha 5′ UTR de 2273 nucleótidos^[3] mentres que a 5′ UTR do operón lac da bacteria Escherichia coli só ten 7 nucleótidos.^[4] Estes tamaños tan diferentes probablemente se deben á complexidade que ten a regulación eucariótica na 5′ UTR, e tamén pola formación dun complexo de preiniciación máis grande, que cómpre para iniciar a tradución.

Elementos

Regulación da tradución pola unión dun IRP (Proteína Reguladora do Ferro) a un IRE (Elemento de Resposta ao Ferro), os cales son bucles en forquita.

Os elementos de que constan as 5′ UTR eucarióticas e procarióticas son moi diferentes. As 5′ UTR procarióticas conteñen un sitio de unión ao ribosoma (RBS), tamén coñecido como secuencia de Shine-Dalgarno (AGGAGGU), a cal consta xeralmente de 3-10 pares de bases situadas augas arriba do codón de iniciación.^[4] As 5′ UTR eucarióticas conteñen a secuencia consenso de Kozak (ACCAUGG), a cal contén o codón de iniciación.^[4] As 5′ UTR eucarióticas tamén conteñen elementos reguladores que actúan en cis chamados marcos de lectura abertos de augas arriba (uORF, upstream Open Reading Frames) e codóns AUG de augas arriba (uAUGs) e codóns de terminación, que teñen un grande impacto na regulación da tradución (véxase máis abaixo).

Estrutura secundaria

Como a 5′ UTR ten un alto contido GC, a miúdo teñen unha estrutura secundaria. Os bucles en forquita son unha desas estruturas secundarias que pode haber nas 5′ UTR. Estas tamén son importantes na regulación da tradución.^[5]

Papel na regulación da tradución

Tradución en procariotas.

Tradución en eucariotas.

Procariotas

En procariotas, a iniciación da tradución ten lugar cando se unen o factor IF-3 e a subunidade de 30S do ribosoma á secuencia Shine-Dalgarno da 5′ UTR.^[4] Despois recrútanse moitas outras proteínas e a subunidade ribosómica de 50S para que comece a tradución. Cada un destes pasos regula a iniciación da tradución.

Eucariotas

Regulación do complexo de preiniciación

A regulación da tradución en eucariotas é máis complexa. Inicialmente, recrútase o complexo eIF4F na carapucha 5′ (5′-cap), a cal á súa vez recruta o ribosoma na 5′ UTR. Os factores eIF4E e eIF4G deben unirse á 5′ UTR, o cal limita a velocidade á cal se pode producir a iniciación da tradución.^[6] Porén, non é o único paso regulador da tradución na que está implicada a 5′ UTR.

As proteínas de unión ao ARN ás veces serven para impedir a formación do complexo de preiniciacion. Un exemplo é a regulación do xene msl2. A proteína SXL únese a un intrón localizado na 5’ UTR do transcrito primario, o que produce a inclusión do intrón no transcrito procesado.^[7] Esta secuencia permite o recrutamento de proteínas que se unen simultaneamente á 5’ UTR e á 3′ UTR,^[7] o que non permite que se ensamblen as proteínas da tradución. Porén, SXL pode tamén reprimir a tradución de ARNs que non conteñan unha cola poli(A), ou máis en xeral, unha 3′ UTR^[1]

Varias formas de ARN e o seu efecto sobre a regulación da tradución.

Regulación de bucle pechado

Outro importante regulador da tradución é a interacción entre a 3′ UTR e a 5′ UTR.

Interaccións entre proteínas unidas ao 3′ UTR e 5′ UTR que causan a circularización que regula a tradución eucariótica.

Nalgúns eucariotas como o anfibio Xenopus laevis observouse unha estrutura en bucle pechado que inhibe a tradución.^[6]. Nese animal eIF4E únese á carapucha 5′ e interaccióna coa proteína Maskin unida a CPEB na 3′ UTR orixinando transcritos de ARNm que son inactivos traducionalmente. Esta inhibición da tradución desaparece cando se fosforila CPEB, o que despraza o sitio de unión de Maskin, permitindo a polimerización da cola poli(A), a cal pode recrutar a maquinaria traducional por medio da proteína PABP.^[8] Porén, é importante notar que este mecanismo é discutido e está actualmente sometido a exame.^[9]

Regulación da ferritina

Artigo principal: Elemento de resposta ao ferro.

Os niveis de ferro nas células mantéñense pola regulación da tradución de moitas proteínas implicadas no almacenamento e metabolismo do ferro.^[7] A 5′ UTR ten a capacidade de formar unha estrutura secundaria en bucle en forquita (chamada elemento de resposta ao ferro ou IRE, Iron response element) que é recoñecida polas proteínas reguladoras do ferro (IRP1 e IRP2). Con baixos niveis de ferro, o ORF do ARNm diana é bloqueado como resultado dun impedimento estérico debido á unión das proteínas IRP1 e IRP2 ao elemento de resposta ao ferro.^[7] Cando hai moito ferro, as dúas proteínas reguladoras do ferro non se unen tan fortemente, e permiten que se expresen as proteínas que teñen un papel no control da concentración do ferro.^[7] Esta función espertou grande interese despois de que se soubo que a tradución da proteína precursora amiloide pode ser afectada por un polimorfismo dun só nucleótido no elemento de resposta ao ferro que se encontra na 5′ UTR do seu ARNm, o que dá lugar a un incremento do risco de desenvolver a enfermidade de Alzheimer.^[10]

Os uORFs e a reiniciación

Artigo principal: Marco de lectura aberto de augas arriba.

Outra forma de regulación traducional en eucariotas débese a elementos situados na 5′ UTR chamados uORF (upstream Open Reading Frames, Marcos de Lectura Abertos de augas arriba). Estes elementos son bastante comúns, xa que están presentes entre o 35 e o 49% dos xenes do xenoma humano.^[11] Un uORF é unha secuencia codificante localizada na 5′ UTR augas arriba do sitio de iniciación das secuencias codificantes. Estes uORFs conteñen os seus propios codóns de iniciación, que se denominan uAUG (upstream AUG, AUG de augas arriba). Este codón pode ser buscado polos ribosomas e despois iniciar nel a tradución para crear un produto,^[12] o cal pode regular a tradución da secuencia codificante de proteína principal ou outros uORFs que poidan existir no mesmo transcrito.

A tradución da proteína codificada no ORF principal despois de que foi traducida a secuencia uORF coñécese co nome de reiniciación.^[13] O proceso de reiniciación reduce a tradución da proteína do ORF. O control da regulación da proteína está determinado pola distancia á que está o uORF desde o primeiro codón do ORF principal.^[13] Os uORFs incrementan a reiniciación canta maior é a distancia entre o seu uAUG e o codón de iniciación do ORF principal, o cal indica que o ribosoma precisa un tempo para reunir factores de tradución antes de que poida levar a cabo a tradución da proteína principal.^[13] Por exemplo, a regulación do xene ATF4 (que codifica o factor ATF4) realízase por dous uORFs, denominados uORF1 e uORF2, que conteñen secuencias que codifican, respectivamente, tres e 59 aminoácidos. A localización de uORF2 solápase co ORF de ATF4. En condicións normais, tradúcese o uORF1, e despois prodúcese a tradución de uORF2 unha vez que se volva a formar o eIF2-TC. Para a tradución de uORF2 cómpre que o ribosoma pase polo ORF de ATF4, cuxo codón de iniciación está localizado dentro de uORF2. Isto dá lugar á súa represión. Non obstante, en condicións de estrés, a subunidade de 40S do ribosoma salta o uORF2 porque hai un descenso na concentración de eIF2-TC, o cal significa que o ribosoma non o forma a tempo para traducir o uORF2. En vez diso, tradúcese ATF4.^[13]

Outros mecanismos

Ademais de contribuíren ao fenómeno da reiniciación, os uORFs contribúen á iniciación da tradución baseándose no seguinte:

• Os nucleótidos dun uORF poden codificar un codón que orixina un ARNm moi estruturado, que fai que o ribosoma quede detido.^[13]
• A regulación en cis ou trans da tradución da secuencia codificante da proteína principal.^[13]
• Interaccións con sitios de entrada ao ribosoma internos (IRES).^[13]

Exemplo de IRES na 5′ UTR do xenoma de Poliovirus.

Sitios de entrada ao ribosoma internos e virus

Artigo principal: Sitio de entrada ao ribosoma interno.

As 5′ UTRs de virus (e tamén dalgúns eucariotas) conteñen IRES, que se usan en modos independentes da carapucha (cap) de activación traducional. En vez de formarse un complexo na carapucha 5′ do ARNm, os IRES permiten a unión directa dos complexos ribosómicos ao transcrito para empezar a tradución.^[14] Os IRES permiten que o ARN, viral se traduza máis eficientemente debido a que non necesita un complexo de iniciación, polo que o virus pode replicarse rapidamente.^[4]

Papel na regulación da transcrición

Transcrito msl-2

Na mosca Drosophila a transcrición do xene msl-2, que orixina o transcrito msl-2, está regulada por moitos sitios de unión para a proteína SXL (codificada no xene Sxl) situados na 5′ UTR.^[1] Estes sitios conteñen moitos uracilos (sitios poli(U)) e están situados preto dun pequeno intrón que é eliminado por splicing en machos, pero mantido nas femias por medio dunha inhibición do splicing. Esta inhibición do splicing é causada pola proteína SXL.^[1] Cando está presente, a SXL reprime a tradución do transcrito msl2 ao incrementar a tradución dun codón de inicio situado nun uORF da 5′ UTR^[7] (véxase máis arriba). Ademais, a SXL impide o recrutamento de snRNP (un paso necesario do splicing alternativo) no sitio de empalme 5′.^[1]