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Sitio de unión al ribosoma

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El sitio de unión al ribosoma o RBS es una secuencia de nucleótidos aguas arriba del codón de inicio de una transcripción de ARNm que es responsable del reclutamiento de un ribosoma durante el inicio de la traducción. En su mayoría, sitio de unión al ribosoma se refiere a secuencias procariotas, aunque se han descrito sitio interno de entrada al ribosoma (IRES) en ARNm de células eucariotas. El reclutamiento de ribosomas en eucariotas generalmente está mediado por la caperuza 5' presente en los ARNm eucariotas.

En procariotas

El sitio de unión al ribosoma en procariotas es una región aguas arriba del codón de inicio. Esta región del ARNm tiene la secuencia 5'-AGGAGG-3', también llamada secuencia Shine-Dalgarno (SD). La secuencia complementaria (CCUCCU), denominada anti-Shine-Dalgarno (ASD), está contenida en el extremo 3' de la región 16S de la subunidad ribosómica más pequeña (30S). Al encontrar la secuencia de Shine-Dalgarno, el ASD de los pares de bases del ribosoma se empareja con ella, después de lo cual se inicia la traducción.[1]​[2]​

Se han encontrado variaciones de la secuencia 5'-AGGAGG-3' en las arqueas como regiones 5'-GGTG-3' altamente conservadas, 5 pares de bases aguas arriba del sitio de inicio. Además, algunas regiones de iniciación bacterianas, como la rpsA, carecen por completo de secuencias SD identificables.[3]​

Efecto en la tasa de iniciación de la traducción

Los ribosomas procariotas comienzan la traducción de la transcripción de ARNm mientras el ADN aún se está transcribiendo. Por lo tanto, la traducción y la transcripción son procesos paralelos. El ARNm bacteriano suele ser policistrónico y contiene múltiples sitios de unión a ribosomas. El inicio de la traducción es el paso más altamente regulado de la síntesis de proteínas en procariotas.[4]​

La velocidad de traducción depende de dos factores:

  1. la velocidad a la que un ribosoma es reclutado para el RBS
  2. la velocidad a la que un ribosoma reclutado puede iniciar la traducción (es decir, la eficiencia de iniciación de la traducción)

La secuencia de sitio de unión al ribosoma afecta a ambos factores.

Factores que afectan la tasa de reclutamiento de ribosomas

La proteína ribosómica S1 se une a las secuencias de adenina aguas arriba del sitio de unión al ribosoma. El aumento de la concentración de adenina aguas arriba del sitio de unión al ribosoma aumentará la tasa de reclutamiento de ribosomas.[4]​

Factores que afectan la eficiencia del inicio de la traducción

El nivel de complementariedad de la secuencia Shine-Dalgarno del ARNm con el ASD ribosómico afecta en gran medida la eficacia del inicio de la traducción. Una complementariedad más rica da como resultado una mayor eficiencia de iniciación. Vale la pena señalar que esto solo se mantiene hasta cierto punto: se sabe que tener una complementariedad demasiado rica disminuye paradójicamente la tasa de traducción, ya que el ribosoma se une demasiado fuerte para proceder aguas abajo.[5]​

La distancia óptima entre el sitio de unión al ribosoma y el codón de inicio es variable: depende de la parte de la secuencia Shine-Dalgarno codificada en el sitio de unión al ribosoma real y su distancia al sitio de inicio de una secuencia Shine-Dalgarno consenso. El espaciado óptimo aumenta la tasa de iniciación de la traducción una vez que se ha unido un ribosoma. En un estudio también se descubrió que la composición de los nucleótidos en la propia región espaciadora afecta la tasa de iniciación de la traducción.[6]​

Proteínas de choque térmico

Las estructuras secundarias formadas por el sitio de unión al ribosoma pueden afectar la eficiencia de traducción del ARNm, generalmente inhibiendo la traducción. Estas estructuras secundarias están formadas por enlaces H de los pares de bases de ARNm y son sensibles a la temperatura. A una temperatura superior a la habitual (~42 °C), la estructura secundaria RBS de las proteínas de choque térmico se deshace, lo que permite que los ribosomas se unan e inicien la traducción. Este mecanismo permite que una célula responda rápidamente a un aumento de temperatura.[4]​

En eucariotas

Caperuza 5'

El reclutamiento de ribosomas en eucariotas ocurre cuando los factores de iniciación de eucariotas elF4F y la proteína de unión a poli(A) (PABP) reconocen el ARNm con la caperuza 5' y reclutan el complejo de ribosomas 43S en esa ubicación.[7]​

El inicio de la traducción ocurre después del reclutamiento del ribosoma, en el codón de inicio (subrayado) que se encuentra dentro de la secuencia Kozak ACC AUG G. Dado que la secuencia Kozak en sí no está involucrada en el reclutamiento del ribosoma, no se considera un sitio de unión al ribosoma.[8]​

Sitio interno de entrada al ribosoma (IRES)

Se sabe que los ribosomas eucariotas se unen a las transcripciones en un mecanismo diferente al que involucra el extremo 5 ', en una secuencia llamada sitio interno de entrada al ribosoma. Este proceso no depende del conjunto completo de factores de iniciación de la traducción (aunque esto depende del sitio interno de entrada al ribosoma específico) y se encuentra comúnmente en la traducción del ARNm.[9]​

Anotación de genes

La identificación de unión al ribosoma se utiliza para determinar el sitio de iniciación de la traducción en una secuencia no anotada. Esto se conoce como predicción N-terminal. Esto es especialmente útil cuando se sitúan múltiples codones de inicio alrededor del sitio de inicio potencial de la secuencia codificante de la proteína.[10]​

La identificación de los sitio de unión al ribosoma es particularmente difícil porque tienden a estar muy degenerados. Un enfoque para identificar el sitio de unión al ribosoma es usar redes neuronales. Otro enfoque es utilizar el método de muestreo de Gibbs.[11]​

Referencias

  1. ↑ Shine, J.; Dalgarno, L. (6 de marzo de 1975). «Determinant of cistron specificity in bacterial ribosomes». Nature 254 (5495): 34-38. Bibcode:1975Natur.254...34S. PMID 803646. S2CID 4162567. doi:10.1038/254034a0. 
  2. ↑ «Help:Ribosome Binding Site - parts.igem.org». parts.igem.org. Consultado el 16 de octubre de 2015. 
  3. ↑ Omotajo, Damilola; Tate, Travis; Cho, Hyuk; Choudhary, Madhusudan (14 de agosto de 2015). «Distribution and diversity of ribosome binding sites in prokaryotic genomes». BMC Genomics 16 (1): 604. ISSN 1471-2164. PMC 4535381. PMID 26268350. doi:10.1186/s12864-015-1808-6. 
  4. ↑ a b c Laursen, Brian Søgaard; Sørensen, Hans Peter; Mortensen, Kim Kusk; Sperling-Petersen, Hans Uffe (1 de marzo de 2005). «Initiation of Protein Synthesis in Bacteria». Microbiology and Molecular Biology Reviews 69 (1): 101-123. ISSN 1092-2172. PMC 1082788. PMID 15755955. doi:10.1128/MMBR.69.1.101-123.2005. 
  5. ↑ De Boer, Herman A.; Hui, Anna S. (1 de enero de 1990). «Sequences within ribosome binding site affecting messenger RNA translatability and method to direct ribosomes to single messenger RNA species». En Enzymology, BT - Methods in, ed. Gene Expression Technology. Gene Expression Technology 185. Academic Press. pp. 103-114. ISBN 9780121820862. PMID 2199771. doi:10.1016/0076-6879(90)85011-C. 
  6. ↑ Stormo, Gary D.; Schneider, Thomas D.; Gold, Larry M. (11 de mayo de 1982). «Characterization of translational initiation sites in E. coli». Nucleic Acids Research 10 (9): 2971-2996. ISSN 0305-1048. PMC 320669. PMID 7048258. doi:10.1093/nar/10.9.2971. 
  7. ↑ Hellen, Christopher U. T.; Sarnow, Peter (1 de julio de 2001). «Internal ribosome entry sites in eukaryotic mRNA molecules». Genes & Development 15 (13): 1593-1612. ISSN 0890-9369. PMID 11445534. doi:10.1101/gad.891101. 
  8. ↑ «Ribosomal Binding Site Sequence Requirements». www.thermofisher.com. Consultado el 16 de octubre de 2015. 
  9. ↑ Pisarev, Andrey V.; Shirokikh, Nikolay E.; Hellen, Christopher U.T. (2005). «Translation initiation by factor-independent binding of eukaryotic ribosomes to internal ribosomal entry sites». Comptes Rendus Biologies 328 (7): 589-605. PMID 15992743. doi:10.1016/j.crvi.2005.02.004. 
  10. ↑ Noguchi, Hideki; Taniguchi, Takeaki; Itoh, Takehiko (1 de diciembre de 2008). «MetaGeneAnnotator: Detecting Species-Specific Patterns of Ribosomal Binding Site for Precise Gene Prediction in Anonymous Prokaryotic and Phage Genomes». DNA Research 15 (6): 387-396. ISSN 1340-2838. PMC 2608843. PMID 18940874. doi:10.1093/dnares/dsn027. 
  11. ↑ Oliveira, Márcio Ferreira da Silva; Mendes, Daniele Quintella; Ferrari, Luciana Itida; Vasconcelos, Ana Tereza Ribeiro (2004). «Ribosome binding site recognition using neural networks». Genetics and Molecular Biology 27 (4): 644-650. ISSN 1415-4757. doi:10.1590/S1415-47572004000400028. 
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