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Riboswitch

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Representación en 3D del riboswitch de lisina

En biología molecular, un ribointerruptor es un segmento regulatorio de una molécula de ARN mensajero que se une a una molécula pequeña, resultando en un cambio en la producción de las proteínas codificadas por el ARNm.[1]​[2]​[3]​[4]​ Un riboswitch es un elemento del ARN mensajero que es sensitivo a los metabolitos, este tipo de moléculas predominan en la región 5' que no es traducida.[5]​ Algunos biólogos han usado una definición más amplia que incluye otros ARN que funcionan como elementos reguladores en cis.

La mayor parte de los riboswitches conocidos se encuentran presentes en bacterias, pero los riboswitches funcionales de un tipo (el riboswitch TPP) han sido descubiertos en plantas y algunos hongos. Los riboswitches TPP también se han encontrado en arqueas,[6]​ pero no han sido probados experimentalmente.

Los riboswitches son importantes en las bacterias debido a que es una manera a través de la cual han ido perfeccionando su habilidad de poder regular la producción de recursos a través de este método de regulación de la expresión génica que permite disminuir la pérdida de recursos.

Historia y descubrimiento de los riboswitches

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Antes del descubrimiento de los riboswitches, el mecanismo por el cual algunos genes involucrados en múltiples rutas metabólicas eran regulados permanecía siendo un misterio. La acumulación de evidencia comenzó a sugerir la idea de que el ARNm involucrado podría unir metabolitos directamente, para poder afectar su propia regulación. Esta información incluyó estructuras secundarias de ARN conservado que se solían encontrar en las regiones no traducidas (UTR) de los genes relevantes y el éxito de procedimientos para crear pequeñas moléculas que se unen al ARN llamadas aptámeros.[7]​[8]​[9]​[10]​[11]​ En 2002, se publicaron las primeras pruebas comprehensivas de múltiples casos de riboswitches, incluyendo de proteínas libres que se unen, y se establecieron como un nuevo método de regulación genética los riboswitches de unión de metabolitos.[12]​[13]​[14]​[15]​

Los primeros riboswitch que se estudiaron son aquellos que reconocen la vitamina B12 y provocan una disminución en la síntesis de esta vitamina. Cuando las concentraciones de esta vitamina son altas no es necesario continuar con la síntesis de dicha vitamina y esto produce la activación del riboswitch para poder detener la síntesis.

Mecanismos de los riboswitches

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Los riboswitches se suelen dividir conceptualmente en dos partes: un aptámero y una plataforma de expresión. El aptámero se une directamente a la molécula pequeña, y la plataforma de expresión recibe cambios estructurales en respuesta a los cambios del aptámero. La expresión de la plataforma es lo que regula la expresión génica.

Las plataformas de expresión suelen detener la expresión génica en respuesta de la molécula pequeña, pero algunos la activan. Los siguientes mecanismos de riboswitches han sido demostrados experimentalmente.

  • La formación controlada de la terminación intrínseca de la transcripción que lleva a una terminación prematura de la transcripción.
  • La mediación del plegamiento bloquea el sitio de unión del ribosoma, lo cual inhibe la traducción.
  • El riboswitch es un ribozima que se adhiere a sí misma en presencia de concentraciones suficiente de su metabolito.
  • Las estructuras alternas del riboswitch afectan el splicing del pre-mARN.
    • Un riboswitch TPP en plantas modifica el splicing y el procesamiento alternativo del extremo 3'.[16]​[17]​
  • Un riboswitch en Clostridium acetobutylicum regula un gen adyacente que no es parte del mismo transcripto de mARN. En esta regulación el riboswitch interfiere con la transcripción del gen. El mecanismo es incierto pero puede ser causado por el choque entre dos unidades de ARN polimerasa que transcriben simultáneamente el mismo DNA.[18]​
  • Un riboswitch en Listeria monocytogenes regula la expresión de su gen subsiguiente. Sin embargo, los transcriptos de riboswitch subsecuentemente modulan la expresión de un gen localizado en cualquier otro lado en el genoma.[19]​ Esta regulación trans ocurre por medio del apareamiento de bases hacia el mARN del gen distal.

Referencias

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  1. ↑ Nudler, E (2004). «The riboswitch control of bacterial metabolism». Trends Biochem Sci 29. PMID 14729327. 
  2. ↑ Tucker, Breaker, BJ, RR (2005). «Riboswitches are versatile gene control elements». Curr Opin Struct Biol. PMID 15919195. doi:10.1016/j.sbi.2005.05.003. 
  3. ↑ Vitreschack, Rodinov, Mironov, Gelfand, AG, DA, AA, MS (2004). «Riboswitches: the oldest mechanism for the regulation of gene expression?». Trends Genet 20 (1): 44-50. PMID 14698618. doi:10.1016/j.tig.2003.11.008. 
  4. ↑ Batey, RT (2006). «Structures of regulatory elements in mRNAs». Curr Opin Struct Biol 16 (3): 299-306. PMID 16707260. doi:10.1016/j.sbi.2006.05.001. 
  5. ↑ Chen, Gottesman (2014). «Riboswitch regulates RNA». Science Magazine. Consultado el 22 de junio de 2016. 
  6. ↑ Sudarsan, Barrick, Breaker, N, JE, RR (2003). «Metabolite-binding RNA domains are present in the genes eukaryotes». RNA 9 (6): 644-7. PMID 12756322. 
  7. ↑ Nou X, Radner RJ. Nou X; Kadner RJ (junio de 2000). «Adenosylcobalamin inhibits ribosome binding to btuB RNA». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97 (13): 7190-5. PMC 16521. PMID 10852957. doi:10.1073/pnas.130013897. 
  8. ↑ Gelfand MS, Mironov AA, Jomantas J, Kozlov YI, Perumov DA. Gelfand MS; Mironov AA; Jomantas J; Kozlov YI; Perumov DA (noviembre de 1999). «A conserved RNA structure element involved in the regulation of bacterial riboflavin synthesis genes». Trends Genet. 15 (11): 439-42. PMID 10529804. doi:10.1016/S0168-9525(99)01856-9. 
  9. ↑ Miranda-Ríos J; Navarro M; Soberón M (agosto de 2001). «A conserved RNA structure (thi box) is involved in regulation of thiamin biosynthetic gene expression in bacteria». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (17): 9736-41. PMC 55522. PMID 11470904. doi:10.1073/pnas.161168098. 
  10. ↑ Stormo GD, Ji Y. Stormo GD; Ji Y (agosto de 2001). «Do mRNAs act as direct sensors of small molecules to control their expression?». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (17): 9465-7. PMC 55472. PMID 11504932. doi:10.1073/pnas.181334498. 
  11. ↑ Gold L, Brown D, He Y, Shatland T, Singer BS, Wu Y. Gold L; Brown D; He Y; Shtatland T; Singer BS; Wu Y (enero de 1997). «From oligonucleotide shapes to genomic SELEX: Novel biological regulatory loops». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94 (1): 59-64. PMC 19236. PMID 8990161. doi:10.1073/pnas.94.1.59. 
  12. ↑ Mironov AS, Gusarov I, Rafikov R, Lopez LE, Shatalin K, Kreneva RA, Perumov DA, Nudler E. Nahvi A; Sudarsan N; Ebert MS; Zou X; Brown KL; Breaker RR (2002). «Genetic control by a metabolite binding mRNA». Chem Biol 9 (9): 1043-1049. PMID 12323379. doi:10.1016/S1074-5521(02)00224-7. 
  13. ↑ Winkler W, Nahvi A, Breaker RR. Mironov AS; Gusarov I; Rafikov R; Lopez LE; Shatalin K; Kreneva RA; Perumov DA; Nudler E (2002). «Sensing small molecules by nascent RNA: a mechanism to control transcription in bacteria». Cell 111 (5): 747-56. PMID 12464185. doi:10.1016/S0092-8674(02)01134-0. 
  14. ↑ Winkler WC, Cohen-Chalamish S, Breaker RR. Winkler W; Nahvi A; Breaker RR (2002). «Thiamine derivatives bind messenger RNAs directly to regulate bacterial gene expression». Nature 419 (6910): 952-956. PMID 12410317. doi:10.1038/nature01145. 
  15. ↑ Grundy FJ, Henkin TM. Winkler WC; Cohen-Chalamish S; Breaker RR (2002). «An mRNA structure that controls gene expression by binding FMN». Proc Natl Acad Sci USA 99 (25): 15908-13. PMC 138538. PMID 12456892. doi:10.1073/pnas.212628899. 
  16. ↑ Wachter, Tunc-Ozdemir, Grove, Green, Shintani, Breaker, A, M, BC, PJ, DK, RR (2007). «Riboswitch Control of Gene Expression in Plants by Splicing and Alternative 3'End Processing of mRNAs». Plant Cell 19 (11): 3437-50. PMID 17993623. 
  17. ↑ Bocobza, Adato, Mandel, Shapira, Nudler, Aharoni, S, A, T, M, E, A (2007). «Riboswitch-dependent gene regulation and its evolution in the plant kingdom». Genes Dev. 21 (22): 2874-9. PMID 18006684. doi:10.1101/gad.443907. 
  18. ↑ André, Even, Putzer, G, S, H (2008). «S-box and T-box riboswitches and antisense RNA control a sulfur metbolic operon of Clostridium acetobutylicum». Nucleic Acids Res. 36 (18): 5955-69. PMID 18812398. doi:10.1093/nar/gkn601. 
  19. ↑ Loh, Dussurget, Gripenland, E, O, J (2009). «A trans-acting riboswitch controls expressionof the virulence regulator prfA in Listeria monocytogenes». Cell 139 (4): 770-9. PMID 19914169. doi:10.1016/j.cell.2009.08.046. 
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