Sitio de unión ao ribosoma

Un sitio de unión ao ribosoma (RBS polas súas siglas en inglés de ribosome-binding site) é unha secuencia de nucleótidos situada augas arriba do codón de inicio dun transcrito de ARNm que é responsable do recrutamento dun ribosoma durante a iniciación da tradución. Na maior parte dos casos, o termo sitio de unión ao ribosoma refírese a secuencias bacterianas, aínda que se describiu o sitio de entrada ao ribosoma interno (IRES) en ARNm de células eucariotas e virus que infectan eucariotas. O recrutamento do ribosoma en eucariotas é xeralmente mediado pola carapucha 5' presente nos ARNm eucariotas.

Procariotas

O sitio de unión ao ribosoma en procariotas é unha rexión situada augas arriba do codón de inicio. Esta rexión do ARNm ten a secuencia consenso 5'-AGGAGG-3', tamén chamada secuencia de Shine-Dalgarno (SD).^[1] A secuencia complementaria (CCUCCU), chamada anti-Shine-Dalgarno (ASD) está contida no extremo 3’ da rexión de 16S da subunidade ribosómica menor (30S). Despois de encontrar a secuencia Shine-Dalgarno, a anti-Shine-Dalgarno do ribosoma establece emparellamentos de bases con ela, despois do cal pode iniciarse a tradución.^[2][3]

Atopáronse variacións na secuencia 5'-AGGAGG-3' en Archaea como rexións moi conservadas 5′-GGTG-3′, situada cinco pares de bases augas arriba do sitio de inicio. Ademais, algunhas rexións de iniciación bacterianas, como rpsA en Escherichia coli, carecen completamente de secuencias Shine-Dalgarno identificables.^[4]

Efecto sobre a taxa de iniciación da tradución

Os ribosomas procariotas empezan a tradución dun transcrito de ARNm cando o ADN aínda o está transcribindo polo outro extremo. Así, a tradución empeza antes de que acabe a transcrición e ambos os procesos ocorren en paralelo. Os ARNm bacterianos son xeralmente policistrónicos e conteñen múltiples sitios de unión ao ribosoma. A iniciación da tradución é o paso máis regulado da síntese de proteínas en procariotas.^[5]

A taxa de tradución depende de dous factores:

• a velocidade coa que o ribosoma é recrutado no sitio de unión ao ribosoma ;
• a velocidade á cal un ribosoma recrutado pode iniciar a tradución (é dicir, a eficacia da iniciación da tradución).

A secuencia do sitio de unión ao ribosoma afecta a ambos os factores mencionados.

Factores que afectan a taxa de recrutamento do ribosoma

A proteína ribosómica S1 únese á secuencias de adenina augas arriba do sitio de unión ao ribosoma. Incrementando a concentración de adenina augas arriba do sitio de unión ao ribosoma incrementará a taxa de recrutamento do ribosoma.^[5]

Factores que afectan a eficacia da iniciación da tradución

O nivel de complementariedade da secuencia Shine-Dalgarno do ARNm coa secuencia anti-Shine-Dalgarno do ribosoma afecta grandemente a eficacia da iniciación da tradución. Unha maior complementariedade ten como resultado unha maior eficacia da iniciación.^[6] Pero hai que sinalar que isto só funciona ata certo punto, xa que ter unha complementariedade demasiado grande paradoxalmente fai decrecer a taxa de tradución porque o ribosoma entón parece estar unido demasiado firmemente como para poder avanzar augas abaixo.^[6]

A distancia óptima entre o sitio de unión ao ribosoma e o codón de inicio é variable, xa que depende da porción da secuencia Shine-Dalgarno concreta codificada no sitio de unión ao ribosoma e da súa distancia ao sitio de inicio dunha secuencia Shine-Dalgarno consenso. Un espazamento óptimo incrementa a taxa de iniciación da tradución unha vez que se uniu un ribosoma.^[6] Nun estudo viuse que a composición de nucleótidos na propia rexión espazadora tamén afecta a taxa de iniciación da tradución.^[7]

Proteínas de choque térmico

Estruturas secundarias formadas no sitio de unión ao ribosoma poden afectar á eficacia traducional o ARNm, xeralmente ao inhibiren a tradución. Estas estruturas secundarias orixínanse por formación de enlaces de hidróxeno das pares de bases do ARNm e son sensibles á temperatura. A unha temperatura máis alta da normal (~42 °C), a estrutura secundaria do sitio de unión ao ribosoma das proteínas de choque térmico queda desfeita, permitindo así que os ribosomas se unan e inicien a tradución. Este mecanismo permite que unha célula responda rapidamente a un aumento da temperatura.^[5]

Eucariotas

Carapucha 5'

O recrutamento do ribosoma en eucariotas ocorre cando os factores de iniciación eucariotas elF4F e a proteína de union á poli(A) (PABP) recoñece o ARNm con carapucha 5' e recruta o complexo ribosómico de 43S nese lugar.^[8]

A iniciación da tradución ocorre despois do recrutamento do ribosoma no codón de inicio (subliñado) que se atopa dentro da secuencia consenso Kozak ACCAUGG. Como a propia secuencia Kozak non está implicada no recrutamento do ribosoma, non se considera un sitio de unión ao ribosoma.^[2][8]

Sitio de entrada ao ribosoma interno (IRES)

Os ribosomas eucariotas únense aos transcritos por un mecanismo distinto ao que implica a carapucha 5' nunha secuencia chamada sitio de entrada ao ribosoma interno (IRES polas súas siglas en inglés de internal ribosome entry site). Este proceso non depende do conxunto completo de factores de inicación da tradución (aínda que isto depende do IRES específico) e encóntrase normalmente na tradución do ARNm viral.^[9]

Anotación de xenes

A identificación dos sitios de unión ao ribosoma utilízase para determinar o sitio de iniciación da tradución nunha secuencia non anotada. Isto denomínase predición N-terminal. Isto é especialmente útil cando hai múltiples codóns de inicio situados en sitios de inicio potenciais da secuencia codificante da proteína.^[10][11]

A identificación de sitios de unión ao ribosoma é especialmente difícil, porque tenden a estar altamente dexenerados.^[12] Unha estratexia para identificar un sitio de unión ao ribosoma en E. coli é usar redes neurais.^[13] Outra estratexia é usar o método de mostraxe de Gibbs.^[10]

Historia

A secuencia Shine-Dalgarno do sitio de unión ao ribosoma procariota descubrírona John Shine e Lynne Dalgarno en 1975.^[1][14] A secuencia consenso Kozak foi identificada primeiramente por Marilyn Kozak en 1984^[15] mentres estaba traballando no Departmento de Ciencias biolóxicas da Universidade de Pittsburgh.^[16]