RNA ribossomal - Ribosomal RNA

rRNAs
rRNAs de várias espécies
Identificadores
Outros dados
Tipo de RNA	Gene ; rRNA
Estruturas PDB	PDBe

O ácido ribonucléico ribossômico ( rRNA ) é um tipo de RNA não codificante que é o principal componente dos ribossomos , essencial para todas as células. O rRNA é uma ribozima que realiza a síntese de proteínas nos ribossomos. O RNA ribossômico é transcrito do DNA ribossômico (rDNA) e, em seguida, ligado às proteínas ribossômicas para formar subunidades ribossômicas pequenas e grandes . O rRNA é o fator físico e mecânico do ribossomo que força o RNA de transferência (tRNA) e o RNA mensageiro (mRNA) a processar e traduzir este último em proteínas. O RNA ribossomal é a forma predominante de RNA encontrada na maioria das células; representa cerca de 80% do RNA celular, apesar de nunca ter sido traduzido em proteínas. Os ribossomos são compostos por aproximadamente 60% de rRNA e 40% de proteínas ribossômicas em massa.

Estrutura

Embora a estrutura primária das sequências de rRNA possa variar entre os organismos, o emparelhamento de bases dentro dessas sequências comumente forma configurações de haste-alça . O comprimento e a posição dessas alças de haste de rRNA permitem que eles criem estruturas de rRNA tridimensionais que são semelhantes entre as espécies . Por causa dessas configurações, o rRNA pode formar interações estreitas e específicas com proteínas ribossômicas para formar subunidades ribossômicas. Essas proteínas ribossômicas contêm resíduos básicos (em oposição aos resíduos ácidos) e resíduos aromáticos (ou seja , fenilalanina , tirosina e triptofano ), permitindo que formem interações químicas com suas regiões de RNA associadas, como interações de empilhamento . As proteínas ribossomais também podem se reticular ao esqueleto açúcar-fosfato do rRNA com sítios de ligação que consistem em resíduos básicos (ou seja, lisina e arginina). Todas as proteínas ribossomais (incluindo as sequências específicas que se ligam ao rRNA) foram identificadas. Essas interações, juntamente com a associação das subunidades ribossômicas pequenas e grandes, resultam em um ribossomo funcional capaz de sintetizar proteínas .

Um exemplo de uma pequena subunidade totalmente montada de RNA ribossomal em procariotos, especificamente Thermus thermophilus . O real RNA ribossômico (16S) é mostrado enrolado em laranja com proteínas ribossômicas anexadas em azul.

O RNA ribossômico se organiza em duas subunidades ribossômicas: a subunidade ribossômica grande ( LSU ) e a subunidade ribossômica pequena ( SSU ). Entre essas subunidades, os tipos de rRNA usados ​​para formar a subunidade diferem.

Nos ribossomos de procariotos, como bactérias , o SSU contém uma única molécula pequena de rRNA (~ 1500 nucleotídeos), enquanto o LSU contém um único pequeno rRNA e uma única molécula grande de rRNA (~ 3000 nucleotídeos). Estes são combinados com ~ 50 proteínas ribossômicas para formar subunidades ribossômicas. Existem três tipos de rRNA encontrados nos ribossomos procarióticos: rRNA 23S e 5S no LSU e rRNA 16S no SSU.

Nos ribossomos de eucariotos, como humanos , o SSU contém um único pequeno rRNA (~ 1800 nucleotídeos), enquanto o LSU contém dois pequenos rRNAs e uma molécula de grande rRNA (~ 5000 nucleotídeos). O rRNA eucariótico tem mais de 70 proteínas ribossômicas que interagem para formar unidades ribossômicas maiores e mais polimórficas em comparação com os procariotos. Existem quatro tipos de rRNA em eucariotos: 3 espécies na LSU e 1 na SSU. A levedura tem sido o modelo tradicional de observação do comportamento e processos do rRNA eucariótico , levando a um déficit na diversificação das pesquisas. Foi apenas na última década que os avanços técnicos (especificamente no campo do Cryo-EM ) permitiram uma investigação preliminar sobre o comportamento ribossomal em outros eucariotos . Na levedura , o LSU contém os rRNAs 5S, 5.8S e 28S. Os 5,8S e 28S combinados são aproximadamente equivalentes em tamanho e função ao subtipo de rRNA 23S procariótico, menos os segmentos de expansão (ESs) que estão localizados na superfície do ribossomo que se pensava ocorrer apenas em eucariotos . No entanto, recentemente, os filos Asgard , a saber, Lokiarchaeota e Heimdallarchaeota , considerados os parentes archaeal mais próximos de Eukarya , foram relatados como possuidores de dois ESs superdimensionados em seus rRNAs 23S. Da mesma forma, o rRNA 5S contém uma inserção de 108 nucleotídeos nos ribossomos do archaeon halofílico Halococcus morrhuae .

Uma SSU eucariótica contém a subunidade 18S rRNA, que também contém ESs. Os SSU ESs são geralmente menores do que os LSU ESs.

As sequências de rRNA SSU e LSU são amplamente utilizadas para o estudo das relações evolutivas entre os organismos, uma vez que são de origem antiga, são encontradas em todas as formas de vida conhecidas e são resistentes à transferência horizontal de genes . As sequências de rRNA são conservadas (inalteradas) ao longo do tempo devido ao seu papel crucial na função do ribossomo. A informação filogênica derivada do rRNA 16s é atualmente usada como o principal método de delineamento entre espécies procarióticas semelhantes, calculando a similaridade de nucleotídeos . A árvore canônica da vida é a linhagem do sistema de tradução.

Os subtipos de rRNA LSU têm sido chamados de ribozimas porque as proteínas ribossômicas não podem se ligar ao sítio catalítico do ribossomo nesta área (especificamente o centro de peptidil transferase , ou PTC). Os subtipos SSU rRNA decodificam mRNA em seu centro de decodificação (DC). As proteínas ribossomais não podem entrar nas DC.

A estrutura do rRNA é capaz de mudar drasticamente para afetar a ligação do tRNA ao ribossomo durante a tradução de outros mRNAs. No rRNA 16s, acredita-se que isso ocorra quando certos nucleotídeos no rRNA parecem alternar o emparelhamento de bases entre um nucleotídeo ou outro, formando um "interruptor" que altera a conformação do rRNA. Este processo é capaz de afetar a estrutura do LSU e SSU, sugerindo que esta mudança conformacional na estrutura do rRNA afeta todo o ribossomo em sua capacidade de combinar um códon com seu anticódon na seleção de tRNA, bem como decodificar o mRNA.

conjunto

A integração e montagem do RNA ribossômico em ribossomos começa com seu dobramento, modificação, processamento e montagem com proteínas ribossômicas para formar as duas subunidades ribossômicas, a LSU e a SSU. Em procariotos , a incorporação de rRNA ocorre no citoplasma devido à falta de organelas ligadas à membrana. Em eucariotos , no entanto, esse processo ocorre principalmente no nucléolo e é iniciado pela síntese de pré-RNA. Isso requer a presença de todas as três RNA polimerases. Na verdade, a transcrição do pré-RNA pela RNA polimerase I é responsável por cerca de 60% da transcrição celular total do RNA da célula. Isso é seguido pelo dobramento do pré-RNA para que ele possa ser montado com as proteínas ribossômicas. Este dobramento é catalisado por endo- e exonucleases , RNA helicases , GTPases e ATPases . O rRNA subsequentemente sofre processamento endo e exonucleolítico para remover espaçadores transcritos externos e internos . O pré-RNA, então, sofre modificações, como metilação ou pseudouridinilação antes que os fatores de montagem do ribossomo e as proteínas ribossômicas se reúnam com o pré-RNA para formar partículas pré-ribossômicas. Após passar por mais etapas de maturação e subseqüente saída do nucléolo para o citoplasma, essas partículas se combinam para formar os ribossomos. Os resíduos básicos e aromáticos encontrados na estrutura primária do rRNA permitem interações de empilhamento favoráveis e atração por proteínas ribossômicas, criando um efeito de reticulação entre a estrutura do rRNA e outros componentes da unidade ribossômica. Mais detalhes sobre a iniciação e a porção inicial desses processos podem ser encontrados na seção "Biossíntese".

Função

Uma representação simplificada de um ribossomo (com SSU e LSU artificialmente destacados aqui para fins de visualização) representando os locais A e P e as pequenas e grandes subunidades ribossômicas operando em conjunto.

Elementos estruturais secundários conservados universalmente em rRNA entre diferentes espécies mostram que essas sequências são algumas das mais antigas descobertas. Eles desempenham papéis críticos na formação dos locais catalíticos de tradução do mRNA. Durante a tradução do mRNA, as funções do rRNA ligam tanto o mRNA quanto o tRNA para facilitar o processo de tradução da sequência de códons do mRNA em aminoácidos. O rRNA inicia a catálise da síntese de proteínas quando o tRNA é ensanduichado entre o SSU e o LSU. No SSU, o mRNA interage com os anticódons do tRNA. Na LSU, a haste aceitadora de aminoácidos do tRNA interage com o rRNA da LSU. O ribossomo catalisa a troca éster-amida, transferindo o terminal C de um peptídeo nascente de um tRNA para a amina de um aminoácido. Esses processos podem ocorrer devido a locais dentro do ribossomo em que essas moléculas podem se ligar, formados pelas alças da haste do rRNA. Um ribossomo tem três desses locais de ligação chamados de locais A, P e E:

• Em geral, o local A (aminoacil) contém um aminoacil-tRNA (um tRNA esterificado em um aminoácido na extremidade 3 ').
• O sítio P (peptidil) contém um tRNA esterificado ao peptídeo nascente. O grupo amino livre (NH ₂ ) do tRNA do local A ataca a ligação éster do tRNA do local P, causando a transferência do peptídeo nascente para o aminoácido no local A. Esta reação ocorre no centro da peptidil transferase .
• O local E (saída) contém um tRNA que foi descarregado, com uma extremidade 3 'livre (sem aminoácido ou peptídeo nascente).

Um único mRNA pode ser traduzido simultaneamente por vários ribossomos. Isso é chamado de polissomo .

Em procariotos , muito trabalho foi feito para identificar ainda mais a importância do rRNA na tradução do mRNA . Por exemplo, verificou-se que o sítio A consiste principalmente em rRNA 16S. Além de vários elementos proteicos que interagem com o tRNA neste local, existe a hipótese de que se essas proteínas fossem removidas sem alterar a estrutura ribossômica, o local continuaria a funcionar normalmente. No sítio P, por meio da observação de estruturas cristalinas , foi demonstrado que a extremidade 3 'do rRNA 16s pode se dobrar no sítio como se uma molécula de mRNA . Isso resulta em interações intermoleculares que estabilizam as subunidades. Da mesma forma, como o local A, o local P contém principalmente rRNA com poucas proteínas . O centro da peptidil transferase , por exemplo, é formado por nucleotídeos da subunidade 23S rRNA. Na verdade, estudos têm mostrado que o centro da peptidil transferase não contém proteínas e é inteiramente iniciado pela presença de rRNA. Ao contrário dos locais A e P, o local E contém mais proteínas . Como as proteínas não são essenciais para o funcionamento dos locais A e P, a composição molecular do local E mostra que talvez ela tenha evoluído mais tarde. Em ribossomos primitivos , é provável que os tRNAs tenham saído do sítio P. Além disso, foi demonstrado que o tRNA do sítio E se liga às subunidades 16S e 23S do rRNA.

Subunidades e RNA ribossômico associado

Diagrama dos tipos de RNA ribossômico e como eles se combinam para criar as subunidades ribossômicas.

Ambos os ribossomos procarióticos e eucarióticos podem ser divididos em duas subunidades, uma grande e uma pequena. As espécies exemplares utilizadas na tabela abaixo para seus respectivos rRNAs são a bactéria Escherichia coli ( procariota ) e humana ( eucariota ). Observe que "nt" representa o comprimento do tipo de rRNA em nucleotídeos e o "S" (como em "16S) representa unidades de Svedberg .

Unidades S das subunidades (ou os rRNAs) não podem ser simplesmente adicionadas porque representam medidas de taxa de sedimentação em vez de massa. A taxa de sedimentação de cada subunidade é afetada por sua forma, bem como por sua massa. As unidades nt podem ser adicionadas, pois representam o número inteiro de unidades nos polímeros de rRNA linear (por exemplo, o comprimento total do rRNA humano = 7216 nt).

Os agrupamentos de genes que codificam o rRNA são comumente chamados de " DNA ribossômico " ou rDNA (observe que o termo parece implicar que os ribossomos contêm DNA, o que não é o caso).

Em procariontes

Em procariotos, uma pequena subunidade ribossômica 30S contém o RNA ribossômico 16S . A grande subunidade ribossômica 50S contém duas espécies de rRNA (os RNAs ribossômicos 5S e 23S ). Portanto, pode-se deduzir que, tanto em bactérias quanto em arqueas, existe um gene rRNA que codifica todos os três tipos de rRNA: 16S, 23S e 5S.

Os genes do RNA ribossômico 16S bacteriano, do RNA ribossômico 23S e do rRNA 5S são tipicamente organizados como um operon co-transcrito . Conforme mostrado pela imagem nesta seção, há um espaçador transcrito interno entre os genes rRNA 16S e 23S . Pode haver uma ou mais cópias do operon dispersas no genoma (por exemplo, Escherichia coli tem sete). Normalmente, nas bactérias, existem entre uma e quinze cópias.

Archaea contém um único operon de gene rRNA ou até quatro cópias do mesmo operon .

A extremidade 3 'do RNA ribossômico 16S (em um ribossomo) reconhece uma sequência na extremidade 5' do mRNA chamada sequência Shine-Dalgarno .

Em eucariotos

RNA ribossômico de subunidade pequena, domínio 5 'obtido do banco de dados Rfam . Este exemplo é RF00177 , um fragmento de uma bactéria não cultivada.

Em contraste, os eucariotos geralmente têm muitas cópias dos genes de rRNA organizados em repetições tandem . Em humanos, aproximadamente 300-400 repetições estão presentes em cinco grupos, localizados nos cromossomos 13 ( RNR1 ), 14 ( RNR2 ), 15 ( RNR3 ), 21 ( RNR4 ) e 22 ( RNR5 ). Humanos diplóides têm 10 grupos de rDNA genômico que, no total, constituem menos de 0,5% do genoma humano .

Foi previamente aceito que as sequências de rDNA repetidas eram idênticas e serviam como redundâncias ou à prova de falhas para explicar erros de replicação natural e mutações pontuais . No entanto, foi observada variação de sequência no rDNA (e subsequentemente no rRNA) em humanos em vários cromossomos , tanto dentro como entre indivíduos humanos. Muitas dessas variações são sequências palindrômicas e erros potenciais devido à replicação. Certas variantes também são expressas de uma maneira específica de tecido em camundongos.

As células de mamíferos têm 2 moléculas de rRNA mitocondrial ( 12S e 16S ) e 4 tipos de rRNA citoplasmático (as subunidades 28S, 5.8S, 18S e 5S). Os rRNAs 28S, 5.8S e 18S são codificados por uma única unidade de transcrição (45S) separada por 2 espaçadores transcritos internamente . O primeiro espaçador corresponde ao encontrado em bactérias e arquéias , e o outro espaçador é uma inserção no que era o rRNA 23S em procariotos. O 45S ADNr é organizado em 5 grupos (cada um tem 30-40 repeties) nos cromossomas 13, 14, 15, 21, e 22. Estes são transcritos pela polimerase I de ARN . O DNA para a subunidade 5S ocorre em arranjos tandem (~ 200–300 genes 5S verdadeiros e muitos pseudogenes dispersos), o maior no cromossomo 1q41-42. 5S rRNA é transcrito pela RNA polimerase III . O rRNA 18S na maioria dos eucariotos está na subunidade ribossômica pequena e a subunidade grande contém três espécies de rRNA ( 5S , 5.8S e 28S em mamíferos, 25S em plantas, rRNAs).

A estrutura terciária da pequena subunidade do RNA ribossômico (SSU rRNA) foi resolvida por cristalografia de raios-X . A estrutura secundária do SSU rRNA contém 4 domínios distintos - os domínios 5 ', central, 3' principal e 3 'secundário. Um modelo da estrutura secundária para o domínio 5 '(500-800 nucleotídeos ) é mostrado.

Biossíntese

Em eucariotos

Como os blocos de construção da organela , a produção de rRNA é, em última análise, a etapa limitadora da taxa na síntese de um ribossomo . No nucléolo , o rRNA é sintetizado pela RNA polimerase I usando os genes especiais ( rDNA ) que o codificam, que são encontrados repetidamente em todo o genoma . Os genes que codificam para 18S, 28S e rRNA 5.8S estão localizados na região organizador nucléolo e são transcritos em grande precursor rRNA (pré-ARNr) moléculas de ARN polimerase I . Essas moléculas de pré-rRNA são separadas por sequências espaçadoras externas e internas e, em seguida , metiladas , que é a chave para montagem e dobramento posteriores . Após a separação e liberação como moléculas individuais, as proteínas de montagem se ligam a cada fita de rRNA nua e a dobram em sua forma funcional usando montagem cooperativa e adição progressiva de mais proteínas de dobramento conforme necessário. Os detalhes exatos de como as proteínas de dobramento se ligam ao rRNA e como o dobramento correto é alcançado permanecem desconhecidos. Os complexos de rRNA são então processados ​​por reações envolvendo clivagens exo- e endo-nucleolíticas guiadas por snoRNA (pequenos RNAs nucleolares) em complexo com proteínas. Como esses complexos são compactados juntos para formar uma unidade coesa, as interações entre o rRNA e as proteínas ribossômicas circundantes são constantemente remodeladas durante a montagem, a fim de fornecer estabilidade e proteger os locais de ligação . Este processo é conhecido como fase de "maturação" do ciclo de vida do rRNA. Verificou-se que as modificações que ocorrem durante a maturação do rRNA contribuem diretamente para o controle da expressão gênica , proporcionando a regulação física do acesso translacional do tRNA e do mRNA . Alguns estudos descobriram que a metilação extensiva de vários tipos de rRNA também é necessária durante esse período para manter a estabilidade do ribossomo .

Os genes para 5S rRNA estão localizados dentro do nucléolo e são transcritos em pré-5S rRNA pela RNA polimerase III . O rRNA pré-5S entra no nucléolo para processamento e montagem com rRNA 28S e 5.8S para formar o LSU. 18S rRNA forma as SSUs combinando-se com numerosas proteínas ribossômicas . Uma vez que ambas as subunidades são montadas, elas são exportadas individualmente para o citoplasma para formar a unidade 80S e iniciar a tradução do mRNA .

O RNA ribossomal não é codificante e nunca é traduzido em proteínas de qualquer tipo: o rRNA é apenas transcrito do rDNA e, em seguida, amadurecido para uso como um bloco de construção estrutural para ribossomos. O rRNA transcrito é ligado às proteínas ribossômicas para formar as subunidades dos ribossomos e atua como a estrutura física que empurra o mRNA e o tRNA através do ribossomo para processá-los e traduzi-los.

Regulação eucariótica

A síntese de rRNA é regulada para cima e para baixo para manter a homeostase por uma variedade de processos e interações:

• A quinase AKT promove indiretamente a síntese de rRNA, uma vez que a RNA polimerase I é dependente de AKT.
• Certas ribonucleases angiogênicas , como a angiogenina (ANG), podem translocar e se acumular no nucléolo . Quando a concentração de ANG se torna muito alta, alguns estudos descobriram que o ANG pode se ligar à região promotora do rDNA e aumentar desnecessariamente a transcrição do rRNA. Isso pode ser prejudicial para o nucléolo e pode até levar à transcrição não verificada e ao câncer .
• Durante os períodos de restrição da glicose celular, a proteína quinase ativada por AMP (AMPK) desencoraja os processos metabólicos que consomem energia, mas não são essenciais. Como resultado, é capaz de fosforilar a RNA polimerase I (no local Ser-635) a fim de regular negativamente a síntese de rRNA interrompendo a iniciação da transcrição .
• O comprometimento ou remoção de mais de uma pseudouridina ou regiões de 29-O-metilação do centro de decodificação do ribossomo reduz significativamente a taxa de transcrição de rRNA , reduzindo a taxa de incorporação de novos aminoácidos .
• A formação de heterocromatina é essencial para silenciar a transcrição do rRNA, sem a qual o RNA ribossomal é sintetizado sem verificação e diminui muito a expectativa de vida do organismo.

Em procariontes

Semelhante aos eucariotos , a produção de rRNA é a etapa limitante da taxa na síntese procariótica de um ribossomo . Em E. coli , verificou-se que o rRNA é transcrito a partir dos dois promotores P1 e P2 encontrados em sete operões rrn diferentes . O promotor P1 é especificamente responsável por regular a síntese de rRNA durante taxas de crescimento bacteriano moderadas a altas. Como a atividade transcricional desse promotor é diretamente proporcional à taxa de crescimento, ele é o principal responsável pela regulação do rRNA . Uma concentração aumentada de rRNA serve como um mecanismo de feedback negativo para a síntese de ribossomos. Verificou-se que a alta concentração de NTP é necessária para a transcrição eficiente dos promotores rrn P1. Acredita-se que eles formem complexos estabilizadores com a RNA polimerase e os promotores . Em bactérias especificamente, esta associação de elevada concentração de NTP com o aumento da síntese de rRNA fornece uma explicação molecular quanto ao porquê ribossomal e síntese de proteína, portanto, é dependente da taxa de crescimento. Uma taxa de crescimento baixa produz taxas mais baixas de rRNA / síntese ribossômica, enquanto uma taxa de crescimento mais alta produz uma taxa mais alta de rRNA / síntese ribossômica. Isso permite que uma célula economize energia ou aumente sua atividade metabólica dependendo de suas necessidades e recursos disponíveis.

Em células procarióticas , cada gene ou operon de rRNA é transcrito em um único precursor de RNA que inclui sequências de rRNA e tRNA 16S, 23S, 5S juntamente com espaçadores transcritos. O processamento do RNA então começa antes que a transcrição seja concluída. Durante as reações de processamento, os rRNAs e tRNAs são liberados como moléculas separadas.

Regulação procariótica

Devido ao papel vital que o rRNA desempenha na fisiologia celular dos procariotos , há muita sobreposição nos mecanismos de regulação do rRNA . No nível transcricional, existem efetores positivos e negativos da transcrição do rRNA que facilitam a manutenção da homeostase de uma célula :

• Um elemento UP a montante do promotor rrn P1 pode se ligar a uma subunidade de RNA polimerase , promovendo assim a transcrição de rRNA.
• Fatores de transcrição , como FIS, ligam-se a montante do promotor e interagem com a RNA polimerase, o que facilita a transcrição .
• Fatores anti-terminação ligam-se a jusante do promotor rrn P2 , evitando a terminação prematura da transcrição.
• Devido à resposta rigorosa , quando a disponibilidade de aminoácidos é baixa, ppGpp (um efetor negativo) pode inibir a transcrição de ambos os promotores P1 e P2 .

Degradação

O RNA ribossomal é bastante estável em comparação com outros tipos comuns de RNA e persiste por períodos mais longos em um ambiente celular saudável. Uma vez montado em unidades funcionais, o RNA ribossômico dentro dos ribossomos são estáveis ​​na fase estacionária do ciclo de vida celular por muitas horas. A degradação pode ser desencadeada pelo "bloqueio" de um ribossomo, um estado que ocorre quando o ribossomo reconhece o mRNA defeituoso ou encontra outras dificuldades de processamento que fazem com que a tradução pelo ribossomo cesse. Uma vez que um ribossomo para, uma via especializada no ribossomo é iniciada para direcionar todo o complexo para desmontagem.

Em eucariotos

Como acontece com qualquer proteína ou RNA , a produção de rRNA está sujeita a erros que resultam na produção de rRNA não funcional. Para corrigir isso, a célula permite a degradação do rRNA através da via de decaimento do rRNA não funcional (NRD). Grande parte da pesquisa neste tópico foi conduzida em células eucarióticas, especificamente a levedura Saccharomyces cerevisiae . Atualmente, apenas uma compreensão básica de como as células são capazes de direcionar ribossomos funcionalmente defeituosos para ubiquinação e degradação em eucariotos está disponível.

• A via NRD para a subunidade 40S pode ser independente ou separada da via NRD para a subunidade 60S. Foi observado que certos genes foram capazes de afetar a degradação de certos pré-RNAs, mas não outros.
• Numerosas proteínas estão envolvidas na via NRD, como Mms1p e Rtt101p, que se acredita que se complexem para atingir os ribossomos para degradação. Verificou-se que Mms1p e Rtt101p se ligam e acredita-se que Rtt101p recruta um complexo ubiquitina E3 ligase , permitindo que os ribossomos não funcionais sejam ubiquinados antes de serem degradados.
  • Os procariotos não têm um homólogo para Mms1, portanto, não está claro como os procariotos são capazes de degradar rRNAs não funcionais.
• A taxa de crescimento das células eucarióticas não parece ser significativamente afetada pelo acúmulo de rRNAs não funcionais.

Em procariontes

Embora haja muito menos pesquisas disponíveis sobre a degradação do RNA ribossômico em procariotos em comparação com os eucariotos , ainda há interesse se as bactérias seguem um esquema de degradação semelhante em comparação ao NRD em eucariotos. Muitas das pesquisas feitas para procariontes foram conduzidas em Escherichia coli . Muitas diferenças foram encontradas entre a degradação de rRNA eucariótico e procariótico, levando os pesquisadores a acreditar que os dois se degradam usando caminhos diferentes.

• Certas mutações no rRNA que foram capazes de desencadear a degradação do rRNA em eucariotos não foram capazes de fazê-lo em procariotos .
• Mutações pontuais em um 23S rRNA causariam a degradação de ambos os rRNAs 23S e 16S, em comparação com os eucariotos , nos quais mutações em uma subunidade só causariam a degradação dessa subunidade.
• Os pesquisadores descobriram que a remoção de uma estrutura de hélice inteira (H69) do rRNA 23S não desencadeou sua degradação. Isso os levou a acreditar que o H69 era crítico para que as endonucleases reconhecessem e degradassem o rRNA mutado.

Conservação e estabilidade de sequência

Devido à natureza prevalente e inabalável do rRNA em todos os organismos , o estudo de sua resistência à transferência de genes , mutação e alteração sem destruição do organismo tornou-se um campo de interesse popular. Genes de RNA ribossômico foram considerados tolerantes à modificação e incursão. Quando o sequenciamento do rRNA é alterado, as células ficam comprometidas e cessam rapidamente a função normal. Essas características-chave do rRNA tornaram-se especialmente importantes para projetos de banco de dados de genes (recursos online abrangentes, como SILVA ou SINA), onde o alinhamento de sequências de RNA ribossômico de diferentes domínios biológicos facilita muito "a atribuição taxonômica , a análise filogenética e a investigação da diversidade microbiana. "

Exemplos de resiliência:

• A adição de grandes fragmentos de RNA sem sentido em muitas partes da unidade 16S rRNA não altera observavelmente a função da unidade ribossômica como um todo.
• O RNA não codificante _RD7 tem a capacidade de alterar o processamento do rRNA para tornar as moléculas resistentes à degradação pelo ácido carboxílico . Este é um mecanismo crucial na manutenção das concentrações de rRNA durante o crescimento ativo, quando o acúmulo de ácido (devido à fosforilação do substrato necessária para produzir ATP ) pode se tornar tóxico para as funções intracelulares .
• A inserção de ribozimas de cabeça de martelo que são capazes de clivagens cis ao longo do rRNA 16S inibe grandemente a função e diminui a estabilidade.
• Enquanto a maioria das funções celulares se degradam fortemente após apenas um curto período de exposição a ambientes hipóxicos , o rRNA permanece inalterado e resolvido após seis dias de hipóxia prolongada. Somente após um período de tempo tão extenso é que os intermediários de rRNA (indicativos de que a degradação finalmente está ocorrendo) começam a se apresentar.

Significado

Este diagrama descreve como o sequenciamento de rRNA em procariotos pode, em última análise, ser usado para produzir produtos farmacêuticos para combater doenças causadas pelos próprios micróbios dos quais o rRNA foi originalmente obtido.

As características do RNA ribossomal são importantes na evolução , portanto, a taxonomia e a medicina .

• O rRNA é um dos poucos produtos gênicos presentes em todas as células . Por esse motivo, os genes que codificam o rRNA ( rDNA ) são sequenciados para identificar o grupo taxonômico de um organismo , calcular grupos relacionados e estimar as taxas de divergência de espécies . Como resultado, muitos milhares de sequências de rRNA são conhecidas e armazenadas em bancos de dados especializados, como RDP-II e SILVA.
• Alterações no rRNA são o que permitem que certas bactérias causadoras de doenças , como Mycobacterium tuberculosis (a bactéria que causa a tuberculose ) desenvolvam resistência extrema aos medicamentos . Devido a problemas semelhantes, isso se tornou um problema prevalente na medicina veterinária, onde o principal método para lidar com infecções bacterianas em animais de estimação é a administração de drogas que atacam o centro de peptidil-transferase (PTC) do ribossomo bacteriano . Mutações no rRNA 23S criaram resistência perfeita a essas drogas, pois elas operam juntas de uma forma desconhecida para contornar o PTC completamente.
• O rRNA é o alvo de vários antibióticos clinicamente relevantes : cloranfenicol , eritromicina , casugamicina , micrococcina , paromomicina , ricina , alfa-sarcina , espectinomicina , estreptomicina e tiostreptona .
• Foi demonstrado que o rRNA é a origem de microRNAs espécie-específicos , como miR-663 em humanos e miR-712 em camundongos. Esses miRNAs particulares se originam dos espaçadores transcritos internos do rRNA.

Genes humanos

• 45S: RNR1 , RNR2 ,  RNR3 , RNR4 , RNR5 ; (unclustered) RNA18SN1 , RNA18SN2 , RNA18SN3 , RNA18SN4 , RNA18SN5 , RNA28SN1 , RNA28SN2 , RNA28SN3 , RNA28SN4 , RNA28SN5 , RNA45SN1 , RNA45SN2 , RNA45SN3 , RNA45SN4 , RNA45SN5 , RNA5-8SN1 , RNA5-8SN2 , RNA5-8SN3 , RNA5-8SN4 , RNA5 -8SN5
• 5S: RNA5S1 , RNA5S2 , RNA5S3 , RNA5S4 , RNA5S5 , RNA5S6 , RNA5S7 , RNA5S8 , RNA5S9 , RNA5S10 , RNA5S11 , RNA5S12 , RNA5S13 , RNA5S14 , RNA5S15 , RNA5S16 , RNA5S17
• Mt: MT-RNR1 , MT-TV (cooptado), MT-RNR2

Veja também

• Ribotipagem
• Diazaborina B , um inibidor da maturação de rRNAs para a grande subunidade ribossomal

Referências

links externos

• 16S rRNA, BioMineWiki
• Projeto de banco de dados ribossomal II
• Ribossômico + RNA nos cabeçalhos de assuntos médicos da Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA (MeSH)
• Projeto de banco de dados SILVA rRNA (também inclui Eucariotos (18S) e LSU (23S / 28S))
• Vídeo: rRNA: sequência, função e síntese
• Halococcus morrhuae ( archaebacterium ) 5S rRNA