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11.2: Regulación postranscripcional - Biología

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Conceptos básicos de la traducción de proteínas

Para conocer los conceptos básicos de la transcripción y la traducción, consulte la Clase 1, secciones 4.3 - 4.5.

El código genético es casi universal.

Preguntas más frecuentes

P: ¿Por qué el código genético es tan similar en todos los organismos?

R: El material genómico no solo se transmite verticalmente (de los padres) sino también horizontalmente entre organismos. Esta interacción genética crea una presión evolutiva para un código genético universal.

Preguntas más frecuentes

P: ¿Qué explica las ligeras diferencias en el código genético entre organismos?

R: La llegada evolutiva tardía / temprana de los aminoácidos puede explicar las diferencias. Además, ciertas especies (por ejemplo, las bacterias en los respiraderos de aguas profundas) tienen más recursos para sintetizar aminoácidos específicos, por lo que favorecerán a las del código genético.

¿Sabías?

La treonina y la alanina a menudo se intercambian accidentalmente por tRNA sintetasa porque se originaron a partir de un aminoácido.

Medición de la traducción

La eficiencia de la traducción se define como,

[T_ {e f f} = frac {[ mathrm {ARNm}]} {[ mathrm {proteína}]} nonumber ]

Estamos interesados ​​en ver cuánto de nuestro ARNm se traduce en proteína, es decir, la eficiencia. Sin embargo, medir específicamente cuánto ARNm se convierte en proteína es una tarea difícil, que requiere un poco de creatividad. Hay una variedad de formas de abordar este problema, pero cada una tiene sus propias desventajas:

1. Mida los niveles de ARNm y proteínas directamente
Dificultad: no considera las tasas de síntesis y degradación. Este método mide los niveles de proteína para el ARNm "antiguo", ya que hay un desfase de tiempo entre el ARNm y la proteína.

2. Usar medicamentos para inhibir la transcripción y la traducción. Dificultad: los medicamentos tienen efectos secundarios que alteran la traducción.

3. Fusión artificial de proteínas con etiquetas
Dificultad: las etiquetas de proteínas pueden afectar la estabilidad de las proteínas

4. Etiqueta de pulso con nucleósidos o aminoácidos radiactivos (SILAC) ** en uso hoy **

Dificultad: no ofrece información sobre cambios dinámicos: es simplemente una instantánea de los niveles de proteína y ARNm resultantes después de X horas 193

Otra técnica común es el uso de "perfiles de ribosomas" para medir la traducción de proteínas en la resolución del subcodon. Esto se hace congelando los ribosomas en el proceso de traducción y degradando las secuencias no protegidas por ribosomas. En este punto, las secuencias se pueden reconstruir y se puede interpolar la frecuencia con la que se traduce una región. La desventaja de usar estas huellas de ribosomas, para ver qué regiones se están trasladando, es que se pierden las regiones entre los ribosomas. Esta técnica requiere una secuencia de ARN en paralelo.

La pregunta sigue siendo, ¿por qué es ventajoso el perfilado de ribosomas? Esta técnica es un mejor enfoque para medir la abundancia de proteínas ya que:

1. Es una mejor medida de la abundancia de proteínas.
2. Es independiente de la degradación de proteínas (en comparación con la relación abundancia de proteínas / ARNm)

3. Nos permite medir tasas de traducción específicas de codones.

Utilizando el perfil de ribosoma, es posible ver qué codón se está decodificando: esto se hace mapeando las huellas de ribosomas y luego descifrando el codón de traducción en función de la longitud de la huella. Podemos verificar nuestra predicción mapeando perfiles de codones traducidos basados ​​en la periodicidad (tres bases en un codón). La técnica se puede mejorar aún más mediante el uso de fármacos anti-traducción como harringtonina y ciclohexamida. La ciclohexamida bloquea la elongación y la Harringtonina inhibe la iniciación. El último se puede utilizar para encontrar los puntos de partida (qué genes están a punto de traducirse). La figura 4 muestra los efectos de los fármacos en los perfiles de ribosomas.

Esta técnica tiene mucho más que ofrecer que simplemente cuantificar la traducción. El perfilado de ribosomas permite:

1. Predicción de isoformas alternativas (diferentes lugares donde puede comenzar la traducción) images / AltIsoforms.png

2. Predicción de ORF no identificados (marcos de lectura abiertos)

Figura 11.6: Perfil de ribosoma cuando se usa harringtonina versus ningún fármaco. Los picos rojos previamente no identificados ORF.

3. Comparación de la traducción en diferentes condiciones ambientales

4. Comparación de la traducción a lo largo de las etapas de la vida

Por lo tanto, vemos que la elaboración de perfiles de ribosomas es una herramienta muy poderosa con mucho potencial para revelar información previamente esquiva sobre la traducción de un genoma.

Evolución del codón

Conceptos básicos

Algo que hay que aclarar es que los codones no se utilizan con la misma frecuencia. De hecho, los codones que pueden considerarse óptimos difieren entre las diferentes especies en función de la estabilidad del ARN, el sesgo de mutación específico de la cadena, la eficacia transcripcional, la composición de GC, la hidropatía proteica y la eficiencia de traducción. Asimismo, los isoaceptores de tRNA no se utilizan con la misma frecuencia dentro y entre especies. La motivación para la siguiente sección es determinar cómo podemos medir este sesgo de codones.

Medidas de sesgo de codones

Hay algunos métodos para realizar esta tarea:

a) Calcule la frecuencia de codones óptimos, que se define como codones "óptimos" / suma de codones "óptimos" y "no óptimos". Las limitaciones de este método son que requiere saber qué codón es reconocido por cada tRNA y supone que la abundancia de tRNA está altamente correlacionada con el número de copias del gen tRNA.

b) Calcule un índice de sesgo de codones. Esto mide la tasa de codones óptimos con respecto a los codones totales que codifican ese mismo aminoácido. Sin embargo, en este caso, el número de codones óptimos se normaliza con respecto al uso aleatorio esperado. CBI = (ooptar - erand) / (onene - erand). La limitación de este método es que requiere un conjunto de proteínas de referencia, como las proteínas ribosómicas altamente expresadas.

c) Calcule un índice de adaptación de codones. Esto mide la adaptabilidad relativa o la desviación del uso de codones de un gen hacia el uso de codones de un conjunto de proteínas de referencia, es decir, genes altamente expresados. Se define como la media geométrica de los valores de adaptabilidad relativa, medidos como pesos asociados a cada codón sobre la longitud de la secuencia del gen (medidos en codones). Cada peso se calcula como la relación entre la frecuencia observada de un codón dado y la frecuencia de su correspondiente aminoácido. La limitación de este enfoque es que requiere la definición de un conjunto de referencia de proteínas, tal como lo hizo el último método.

d) Calcule el número efectivo de codones. Esto mide el número total de codones diferentes usados ​​en una secuencia, que mide el sesgo hacia el uso de un subconjunto más pequeño de codones, lejos del uso igual de codones sinónimos. Nc = 20 si solo se usa un codón por aminoácido, y Nc = 61 cuando todos los posibles codones sinónimos se usan por igual. Los pasos del proceso son calcular la homocigosidad de cada aminoácido según se estima a partir de las frecuencias de codones al cuadrado, obtener el número efectivo de codones por aminoácido y calcular el número total de codones efectivos. Este método es ventajoso porque no requiere ningún conocimiento del emparejamiento de ARNt-codón y no requiere ningún conjunto de referencia. Sin embargo, está limitado porque no tiene en cuenta el conjunto de ARNt.

e) Calcule el índice de adaptación del ARNt. Suponga que el número de copias del gen de tRNA tiene una alta correlación positiva con la abundancia de tRNA dentro de la célula. Esto luego mide qué tan bien se adapta un gen al grupo de ARNt.

Es importante distinguir cuándo utilizar cada índice. La situación en la que un determinado índice es favorable está muy basada en el contexto y, por lo tanto, a menudo es preferible utilizar un índice sobre todos los demás cuando la situación lo requiere. Al elegir cuidadosamente un índice, se puede descubrir información sobre la frecuencia con la que un codón se traduce en un aminoácido.

Modificaciones de ARN

La historia se vuelve más complicada cuando consideramos las modificaciones que pueden ocurrirle al ARN. Por ejemplo, algunas modificaciones pueden expandir o restringir la capacidad de oscilación del ARNt. Los ejemplos incluyen modificaciones de insosina y modificaciones de xo5U. Estas modificaciones permiten a los ARNt decodificar un codón que antes no podían leer. Uno podría preguntarse por qué se seleccionó positivamente la modificación del ARN en el contexto de la evolución, y la razón es que esto permite el aumento de la probabilidad de que exista un ARNt coincidente para decodificar un codón en un entorno dado.

Ejemplos de aplicaciones

Hay algunas aplicaciones naturales que resultan de nuestra comprensión de la evolución de los codones.

a) Optimización de codones para la expresión de proteínas heterólogas
b) Predecir regiones codificantes y no codificantes de un genoma
c) Predicción de la lectura completa del codón
d) Comprender cómo se decodifican los genes: estudiar patrones de sesgo de uso de codones a lo largo de los genes.

Regulación traslacional

Hay muchos medios conocidos de regulación a nivel postranscripcional. Estos incluyen la modulación de la disponibilidad del ARNt, cambios en el ARNm y elementos reguladores cis y trans. Primero, la modulación del ARNt tiene un gran impacto. Cambios en los isoaceptores del tRNA, cambios en las modificaciones del tRNA y regulación en los niveles de aminoacilación del tRNA. Los cambios en el ARNm que afectan la traducción incluyen cambios en la modificación del ARNm, cola de poliA, empalme, taponamiento y localización del ARNm (importar y exportar desde el núcleo). Los elementos cis y transreguladores incluyen la interferencia de ARN (es decir, siARN y miARN), eventos de cambio de marco y riboswitches. Además, ¡aún quedan por descubrir muchos elementos regulatorios!


11.2: Regulación postranscripcional - Biología

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El artículo destacado puede ser un artículo de investigación original, un estudio de investigación novedoso y sustancial que a menudo implica varias técnicas o enfoques, o un artículo de revisión completo con actualizaciones concisas y precisas sobre los últimos avances en el campo que revisan sistemáticamente los avances científicos más interesantes. literatura. Este tipo de artículo ofrece una perspectiva sobre las futuras direcciones de la investigación o sus posibles aplicaciones.

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POSTAR2: descifrando las lógicas regulatorias postranscripcionales

La regulación postranscripcional de los ARN es fundamental para la diversa gama de procesos celulares. El volumen de datos genómicos funcionales que se centran en las lógicas de regulación postranscripcional sigue creciendo en los últimos años. En la versión actual de la base de datos, POSTAR2 (http://lulab.life.tsinghua.edu.cn/postar), incluimos las siguientes características y datos nuevos: ∼500 conjuntos de datos CLIP-seq actualizados (∼1200 conjuntos de datos CLIP-seq en total ) de seis especies, incluidos humanos, ratones, moscas, gusanos, Arabidopsis y levaduras, agregaron un nuevo módulo 'Translatome', que se deriva de conjuntos de datos Ribo-seq y contiene aproximadamente 36 millones de marcos de lectura abiertos (ORF) en los genomas de los seis especies actualizadas y unificadas datos de variación y regulación postranscripcional. Finalmente, mejoramos las interfaces web para buscar y visualizar interacciones proteína-ARN con información multicapa. Mientras tanto, también fusionamos nuestra base de datos CLIPdb en POSTAR2. POSTAR2 ayudará a los investigadores a investigar las lógicas reguladoras postranscripcionales coordinadas por las proteínas de unión al ARN y el panorama de traducción de los ARN celulares.

Cifras

Marco para construir la base de datos POSTAR2.…

Marco para construir la base de datos POSTAR2. ( A ) POSTAR2 cubre seis especies, incluidas…

Estadísticas de la base de datos POSTAR2. (…

Estadísticas de la base de datos POSTAR2. ( A ) Número de RBP en el ser humano,…

Visualización integradora de la actividad de traducción ...

Visualización integradora de la actividad de traducción de un gen diana (ADAM17) y su postranscripción ...


La biología emergente de las modificaciones postranscripcionales del ARN

Se sabe desde hace mucho tiempo que las modificaciones del ARN son fundamentales para el correcto funcionamiento del ARNt y del ARNr. Si bien las modificaciones químicas en el ARNm se descubrieron hace décadas, su función ha permanecido en gran parte misteriosa hasta hace poco. Usando estrategias de enriquecimiento acopladas a la secuenciación de próxima generación, ahora se han mapeado múltiples modificaciones en una escala de transcriptoma en una variedad de contextos. Ahora sabemos que las modificaciones del ARN influyen en la biología celular mediante muchos mecanismos diferentes: influyen en la estructura del ARN, ajustan las interacciones dentro del ribosoma y reclutan proteínas de unión específicas que se cruzan con otras vías de señalización. También son dinámicos y cambian de distribución o nivel en respuesta a tensiones como el choque térmico y la privación de nutrientes. Aquí, proporcionamos una descripción general de los temas recientes que han surgido del progreso sustancial que se ha logrado en nuestra comprensión de las modificaciones químicas en muchas clases importantes de ARN en eucariotas.

Palabras clave: Modificación del ARN del epitranscriptoma, expresión génica, traducción de la proteína de regulación posterior a la transcripción.

Cifras

Estructuras químicas de modificaciones de ARN ...

Estructuras químicas de modificaciones de ARN actualmente caracterizadas en ARNm, esquematizadas con sus informes ...


83 Regulación génica postranscripcional eucariota

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Comprender el empalme de ARN y explicar su papel en la regulación de la expresión génica.
  • Describir la importancia de la estabilidad del ARN en la regulación de genes.

El ARN se transcribe, pero debe procesarse en una forma madura antes de que pueda comenzar la traducción. Este procesamiento que tiene lugar después de que se ha transcrito una molécula de ARN, pero antes de que se traduzca en una proteína, se denomina modificación postranscripcional. Al igual que con las etapas de procesamiento epigenética y transcripcional, esta etapa postranscripcional también se puede regular para controlar la expresión génica en la célula. Si el ARN no se procesa, transporta o traduce, no se sintetizará ninguna proteína.

Empalme de ARN, la primera etapa del control postranscripcional

En las células eucariotas, la transcripción de ARN a menudo contiene regiones, llamadas intrones, que se eliminan antes de la traducción. Las regiones de ARN que codifican proteínas se denominan exones. ((Figura)). Una vez que se ha transcrito una molécula de ARN, pero antes de su salida del núcleo para ser traducida, el ARN se procesa y los intrones se eliminan por empalme. El empalme se realiza mediante espliceosomas, complejos de ribonucleoproteínas que pueden reconocer los dos extremos del intrón, cortar la transcripción en esos dos puntos y unir los exones para la ligadura.


Empalme alternativo de ARN En la década de 1970, se observaron por primera vez genes que presentaban empalme alternativo de ARN. El empalme alternativo de ARN es un mecanismo que permite que se produzcan diferentes productos proteicos a partir de un gen cuando se combinan diferentes combinaciones de exones para formar el ARNm ((Figura)). Este empalme alternativo puede ser fortuito, pero más a menudo se controla y actúa como un mecanismo de regulación genética, con la frecuencia de diferentes alternativas de empalme controladas por la célula como una forma de controlar la producción de diferentes productos proteicos en diferentes células o en diferentes etapas de desarrollo. Ahora se entiende que el empalme alternativo es un mecanismo común de regulación de genes en eucariotas, según una estimación, el 70 por ciento de los genes en humanos se expresan como proteínas múltiples a través del empalme alternativo. Aunque hay varias formas de empalmar alternativamente las transcripciones de ARN, el orden original 5 & # 8242-3 & # 8242 de los exones es siempre conservado. Es decir, una transcripción con exones 1 2 3 4 5 6 7 podría empalmarse 1 2 4 5 6 7 o 1 2 3 6 7, pero nunca 1 2 5 4 3 6 7.


¿Cómo podría evolucionar el empalme alternativo? Los intrones tienen una secuencia de reconocimiento de principio y fin, es fácil imaginar la falla del mecanismo de empalme para identificar el final de un intrón y, en cambio, encontrar el final del siguiente intrón, eliminando así dos intrones y el exón intermedio. De hecho, existen mecanismos para prevenir tal omisión de intrones, pero es probable que las mutaciones conduzcan a su falla. Es muy probable que tales "errores" produzcan una proteína no funcional. De hecho, la causa de muchas enfermedades genéticas es un empalme anormal en lugar de mutaciones en una secuencia codificante. Sin embargo, el empalme alternativo posiblemente podría crear una variante de proteína sin la pérdida de la proteína original, abriendo posibilidades para la adaptación de la nueva variante a nuevas funciones. La duplicación de genes ha jugado un papel importante en la evolución de nuevas funciones de manera similar al proporcionar genes que pueden evolucionar sin eliminar la proteína funcional original.

Pregunta: En la serpiente de maíz Pantherophis guttatus, hay varias variantes de color diferentes, incluidas las serpientes amelanísticas cuyos patrones de piel muestran solo pigmentos rojos y amarillos. La causa del amelanismo en estas serpientes se identificó recientemente como la inserción de un elemento transponible en un intrón en el gen OCA2 (albinismo oculocutáneo). ¿Cómo podría la inserción de material genético adicional en un intrón conducir a una proteína no funcional?

Visualice cómo ocurre el empalme de ARNm al ver el proceso en acción en este video.

Control de la estabilidad del ARN

Antes de que el ARNm abandone el núcleo, se le dan dos & # 8220caps & # 8221 protectores que evitan que los extremos de la hebra se degrade durante su viaje. Las exonucleasas 5 & # 8242 y 3 & # 8242 pueden degradar los ARN no protegidos. La tapa 5 & # 8242, que se coloca en el extremo 5 & # 8242 del ARNm, generalmente se compone de una molécula de trifosfato de guanosina metilada (GTP). El GTP se coloca & # 8220 hacia atrás & # 8221 en el extremo 5 & # 8242 del ARNm, de modo que los carbonos 5 & # 8242 del GTP y el nucleótido terminal se unan a través de tres fosfatos. La cola poli-A, que está unida al extremo 3 & # 8242, generalmente está compuesta por una larga cadena de nucleótidos de adenina. Estos cambios protegen los dos extremos del ARN del ataque de exonucleasas.

Una vez que el ARN se transporta al citoplasma, se puede controlar el tiempo que el ARN reside allí. Cada molécula de ARN tiene una vida útil definida y se desintegra a un ritmo específico. Esta tasa de descomposición puede influir en la cantidad de proteína que hay en la célula. Si la tasa de desintegración aumenta, el ARN no existirá en el citoplasma por tanto tiempo, acortando el tiempo disponible para que se produzca la traducción del ARNm. Por el contrario, si la tasa de descomposición disminuye, la molécula de ARNm residirá en el citoplasma durante más tiempo y se podrá traducir más proteína. Esta tasa de descomposición se conoce como estabilidad del ARN. Si el ARN es estable, se detectará durante períodos de tiempo más prolongados en el citoplasma.

La unión de proteínas al ARN también puede influir en su estabilidad. Las proteínas llamadas proteínas de unión a ARN, o RBP, pueden unirse a las regiones del ARNm que se encuentran justo aguas arriba o aguas abajo de la región que codifica la proteína. Estas regiones del ARN que no se traducen en proteínas se denominan regiones no traducidas o UTR. No son intrones (se han eliminado en el núcleo). Más bien, se trata de regiones que regulan la localización, la estabilidad y la traducción de proteínas del ARNm. La región justo antes de la región codificadora de proteínas se denomina UTR 5 & # 8242, mientras que la región después de la región codificante se denomina UTR 3 & # 8242 ((Figura)). La unión de las RBP a estas regiones puede aumentar o disminuir la estabilidad de una molécula de ARN, dependiendo de la RBP específica que se una.


Estabilidad del ARN y microARN

Además de las RBP que se unen y controlan (aumentan o disminuyen) la estabilidad del ARN, otros elementos llamados microARN pueden unirse a la molécula de ARN. Estos microARN, o miARN, son moléculas de ARN cortas que tienen solo 21 a 24 nucleótidos de longitud. Los miARN se producen en el núcleo como pre-miARN más largos. Estos pre-miARN se cortan en miARN maduros por una proteína llamada Jugador . Al igual que los factores de transcripción y las RBP, los miARN maduros reconocen una secuencia específica y se unen al ARN; sin embargo, los miARN también se asocian con un complejo de ribonucleoproteína llamado complejo de silenciamiento inducido por ARN (RISC). El componente de ARN de los pares de bases RISC con secuencias complementarias en un ARNm e impide la traducción del mensaje o conduce a la degradación del ARNm.

Resumen de la sección

El control postranscripcional puede ocurrir en cualquier etapa después de la transcripción, incluido el corte y empalme del ARN y la estabilidad del ARN. Una vez que se transcribe el ARN, debe procesarse para crear un ARN maduro que esté listo para ser traducido. Esto implica la eliminación de intrones que no codifican proteínas. Los empaliceosomas se unen a las señales que marcan el borde exón / intrón para eliminar los intrones y ligar los exones. Una vez que esto ocurre, el ARN está maduro y se puede traducir. El empalme alternativo puede producir más de un ARNm a partir de una transcripción determinada. Se pueden producir diferentes variantes de empalme en diferentes condiciones.

El ARN se crea y se empalma en el núcleo, pero necesita ser transportado al citoplasma para su traducción. El ARN se transporta al citoplasma a través del complejo de poros nucleares. Una vez que el ARN está en el citoplasma, el período de tiempo que reside allí antes de degradarse, lo que se denomina estabilidad del ARN, también se puede alterar para controlar la cantidad total de proteína que se sintetiza. La estabilidad del ARN puede incrementarse, lo que lleva a un tiempo de residencia más prolongado en el citoplasma, o puede disminuir, lo que reduce el tiempo y reduce la síntesis de proteínas. La estabilidad del ARN está controlada por proteínas de unión a ARN (RPB) y microARN (miARN). Estos RPB y miARN se unen al 5 & # 8242 UTR o al 3 & # 8242 UTR del ARN para aumentar o disminuir la estabilidad del ARN. Los microARN asociados con los complejos RISC pueden reprimir la traducción o conducir a la ruptura del ARNm.


El SARS-CoV-2 contribuye a alterar las redes reguladoras postranscripcionales en los tejidos humanos mediante la esponja de proteínas de unión de ARN y microARN.

El brote de un nuevo coronavirus SARS-CoV2 responsable de la pandemia de COVID-19 ha provocado una emergencia de salud pública en todo el mundo. Debido a la naturaleza en constante evolución de los coronavirus, la alteración mediada por el SARS-CoV-2 en la regulación génica postranscripcional en los tejidos humanos sigue siendo difícil de alcanzar. En este estudio, diseccionamos sistemáticamente la diafonía y la desregulación de las redes reguladoras post-transcripcionales humanas gobernadas por proteínas de unión de ARN (RBP) y micro-ARN (miR), debido a la infección por SARS-CoV-2. Descubrimos que 13 de las 29 proteínas codificadas por SARS-CoV-2 interactúan directamente con 51 RBP humanas, de las cuales la mayoría de ellas se expresaron abundantemente en tejidos gonadales y células inmunes. Además, realizamos un análisis funcional de genes expresados ​​diferencialmente en células pulmonares tratadas de forma simulada versus células pulmonares infectadas con SARS-CoV-2 que revelaron un enriquecimiento para la respuesta inmune, la señalización mediada por citocinas y los genes asociados al metabolismo. Este estudio también caracterizó los eventos de empalme alternativo en células infectadas con SARS-CoV-2 en comparación con el control, lo que demuestra que los exones omitidos y los exones mutuamente excluyentes fueron los eventos más abundantes que potencialmente contribuyeron a resultados diferenciales en respuesta a la infección viral. El análisis de enriquecimiento de motivos en la secuencia genómica de ARN de SARS-CoV-2 reveló claramente un enriquecimiento de RBP como SRSF, PCBP, ELAV y HNRNP que ilustran la esponja de RBP por el genoma del SARS-CoV-2. Un análisis similar para estudiar las interacciones de los miR con el SARS-CoV-2 reveló la posibilidad de que varios miR se esponjen, lo que sugiere que estas interacciones pueden contribuir a una regulación postranscripcional alterada en los tejidos humanos. Dada la necesidad de comprender las interacciones del SARS-CoV-2 con reguladores postranscripcionales clave en el genoma humano, este estudio proporciona un análisis sistemático para analizar el papel de las redes reguladoras postranscripcionales desreguladas controladas por RBP y miR, en todos los tipos de tejidos. durante la infección por SARS-CoV2.

Declaracion de conflicto de interes

Conflictos de intereses: Los autores informan que no existen conflictos de intereses económicos o de otro tipo relacionados con el tema de este artículo.

Cifras

El análisis de la red de interacción proteína-proteína sugiere ...

El análisis de la red de interacción proteína-proteína sugiere una interacción inmediata de las RBP humanas con el SARS-CoV-2 ...

Figura 2 .. Análisis de expresión diferencial de simulacros ...

Figura 2 .. Análisis de expresión diferencial del epitelio pulmonar primario humano tratado de forma simulada frente al infectado con SARS-CoV-2…

Eventos de empalme alternativo durante el SARS-CoV-2…

Eventos de empalme alternativo durante la infección por SARS-CoV-2. (A) Gráfico de barras que muestra los genes (RBP…

El análisis de enriquecimiento de motivos revela potencial ...

El análisis de enriquecimiento de motivos revela posibles RBP humanas tituladas por el genoma viral del SARS-CoV-2. (A)…

El genoma del SARS-CoV-2 valora la abundancia ...

El genoma del SARS-CoV-2 valora la abundancia de miR funcionalmente importantes en el tejido humano (A) ...


Efectores Cas13 mejorados por ingeniería para la regulación postranscripcional dirigida de la expresión génica

Cas13 es una familia de efectores CRISPR-Cas únicos que se dirigen al ARN, lo que la convierte en una herramienta atractiva para sondear y perturbar la función del ARN. Sin embargo, se ha demostrado que solo unos pocos homólogos de Cas13 median el direccionamiento de ARN robusto en células humanas, lo que sugiere que los elementos desconocidos pueden estar limitando su eficacia. Además, muchas enzimas Cas13 muestran altos grados de toxicidad al dirigirse y no se ha demostrado que medien la eliminación específica en otros tipos de células, como E. coli. Aquí, mostramos que las enzimas Cas13 catalíticamente inactivas se pueden reutilizar para una represión de traducción eficiente en bacterias sin defectos de crecimiento asociados. Para lograr este avance, llevamos a cabo una pantalla de evolución dirigida para diseñar variantes funcionales de Cas13a e identificamos una serie de mutaciones estabilizadoras, que permitieron la eliminación eficaz de la expresión génica tras la transcripción. In vitro caracterización de la ingeniería resultante Lbu El mutante Cas13a, denominado eLbu, reveló tanto estabilización como cinética de escisión alterada. Finalmente, mostramos que eLbu se puede utilizar para la omisión eficiente de exones en células humanas. Este trabajo representa la primera demostración de represión traslacional dirigida en E. coli utilizando una enzima CRISPR, así como la primera evolución dirigida de una enzima Cas13. Tal plataforma podría permitir la ingeniería de otros aspectos de esta familia de proteínas para obtener herramientas de selección de ARN más robustas.


Reanudar

Au sein de la cellule, les concentraciones en transcrits et en protéines sont finement régulées afin de s & # x27ajuster en permanence aux besoins cellulaires. Récemment, plusieurs études à grande échelle, réalisées chez les procaryotes, ont mis en évidence la présence de faibles correlaciones entre les concentraciones des transcrits et celles des protéines, soulignant l & # x27importance des régulations post-transcriptionnelles. Les régulations post-transcriptionnelles interviennent dans l & # x27adaptation dynamique du recambio des transcrits et des protéines ainsi que dans la modulation de l & # x27efficacité de traduction des ARNm en protéines. Les stabilités des transcrits et des protéines sont dépendantes de determinants de séquence et de processus de degradation. L & # x27efficacité de traduction est quant à elle principalement modulée par la synthèse et l & # x27activité des ribosomes. La réconciliation, à travers une aproche de biologie intégrative, des données à grande échelle obtenues pour chaque niveau de régulation est maintenant requise afin de mieux appréhender la réponse globale de la cellule face à des variaciones ambientales. Dans cette revue, nous détaillerons les mécanismes impliqués chez les procaryotes dans les stabilités des transcrits et des protéines ainsi que dans la régulation de la traduction, en soulignant en particulier leur dépendance vis-à-vis des fases de croissance et des conditions ambientales. Pour citer cet artículo: F. Picard et al., C. R. Biologies 332 (2009).


Reproducción comparativa

Patricia Rojas-Ríos, Martine Simonelig, en Encyclopedia of Reproduction (Segunda edición), 2018

Función de los ARNm maternos: establecimiento del ovocito y polaridad embrionaria

Los ARNm maternos y su regulación postranscripcional juegan un papel clave en la progresión meiótica y la regulación del ciclo celular en el ovocito y el embrión temprano. La maduración de los ovocitos (progresión meiótica de la profase a la metafase I) que tiene lugar en el estadio 12-13 del ovocito se acompaña de un alargamiento de la cola poli (A) de un gran conjunto de ARNm maternos y cambios a gran escala en el proteoma (Laver et al., 2015 ).

Otra función importante de los ARNm maternos es establecer la polaridad del Drosophila embrión, que ya tiene lugar en el ovocito. Cuatro ARNm maternos, oskar (osk), nanos (nos), bicoide (bcd) y gurken (grk) juegan un papel clave en la especificación del eje embrionario (Lasko, 2012). Los genes correspondientes se identificaron mediante pruebas genéticas: las madres mutantes para estos genes producen embriones que carecen de estructuras embrionarias. Estos ARNm maternos se transportan a lo largo de los microtúbulos desde las células nodrizas hasta el ovocito, durante las primeras etapas de la ovogénesis, a través de los canales del anillo. La localización de estos ARNm se vuelve altamente asimétrica a partir de la ovogénesis media (etapa 9) y esta localización, junto con la regulación de la traducción, subyace a la especificación del eje (Fig. 2 (B)). El eje anteroposterior se establece mediante la localización de bcd ARNm al polo anterior del ovocito y la localización de osk y nos ARNm al polo posterior. osk El ARNm se traduce cuando alcanza el polo posterior durante la mitad de la ovogénesis. La proteína Osk es el principal determinante del germoplasma, un citoplasma especializado que se requiere para el desarrollo de células germinales en el polo posterior del ovocito (Lehmann, 2016). En el germoplasma se forman grandes gránulos de ARN, los llamados gránulos polares, que contienen ARNm, ARN pequeños y proteínas. Los gránulos polares contienen ARNm que codifican determinantes de células germinales y son esenciales para la especificación de la línea germinal. Nos es uno de esos determinantes de células germinales y también es necesario para el desarrollo abdominal. La proteína Nos se expresa como un gradiente posterior a anterior generado a partir de nos ARNm localizado en el germoplasma en el polo posterior. Osk participa en la estabilización y traducción de ARNm de células germinales, incluyendo nos, en el germoplasma. Por lo tanto, Osk es esencial tanto para el patrón posterior como para la especificación del linaje de la línea germinal en el embrión (Fig. 2 (B)).

Aunque se localiza en el polo anterior del ovocito durante la mitad de la ovogénesis, bcd El ARNm se traduce solo después de la activación del óvulo -cuando el ovocito en etapa 14 madura pasa a través del oviducto, antes de la fertilización-. Su traslación depende del alargamiento de la cola poli (A). La proteína Bcd se produce como un gradiente del ARNm localizado anteriormente. Este gradiente de Bcd que actúa como factor de transcripción y represor de traducción, inicia una cascada de expresión génica cigótica que dirige el patrón anteroposterior del embrión.

Grk es necesario para establecer los ejes anterior-posterior y dorsal-ventral durante la ovogénesis. Grk es un ligando del receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) secretado por el ovocito para activar localmente el EGFR en las células somáticas adyacentes que rodean al ovocito, las células del folículo. Durante la ovogénesis temprana, Grk juega un papel en el establecimiento de la polaridad anteroposterior al indicar a una subpoblación posterior de células foliculares que adopten un destino posterior. Durante la mitad de la ovogénesis, grk El ARNm se localiza en la esquina antero-dorsal del ovocito y produce una proteína localizada que especifica el eje dorsal-ventral, al inducir un destino dorsal en las células del folículo más cercanas (Fig. 2 (B)).


Conexión Evolution

¿Cómo podría evolucionar el empalme alternativo? Los intrones tienen una secuencia de reconocimiento de principio y fin, es fácil imaginar la falla del mecanismo de empalme para identificar el final de un intrón y, en cambio, encontrar el final del siguiente intrón, eliminando así dos intrones y el exón intermedio. De hecho, existen mecanismos para prevenir tal omisión de intrones, pero es probable que las mutaciones conduzcan a su falla. Es muy probable que tales "errores" produzcan una proteína no funcional. De hecho, la causa de muchas enfermedades genéticas es un empalme anormal en lugar de mutaciones en una secuencia codificante. Sin embargo, el empalme alternativo posiblemente podría crear una variante de proteína sin la pérdida de la proteína original, abriendo posibilidades para la adaptación de la nueva variante a nuevas funciones. La duplicación de genes ha jugado un papel importante en la evolución de nuevas funciones de manera similar al proporcionar genes que pueden evolucionar sin eliminar la proteína funcional original.

Pregunta: En la serpiente de maíz Pantherophis guttatus, hay varias variantes de color diferentes, incluidas las serpientes amelanísticas cuyos patrones de piel muestran solo pigmentos rojos y amarillos. La causa del amelanismo en estas serpientes se identificó recientemente como la inserción de un elemento transponible en un intrón en el gen OCA2 (albinismo oculocutáneo). ¿Cómo podría la inserción de material genético adicional en un intrón conducir a una proteína no funcional?


Ver el vídeo: Transcripción y traducción del ADN (Diciembre 2022).