Azido erribonukleiko mezulari

RNAm-ren bizi-zikloa zelula eukariotoetan. RNA nukleoan transkribatzen da; ondoren, prozesatu, zitoplasmara garraiatu eta erribosomen bidez itzultzen da daraman informazio genetikoa. Azkenik, RNAm-ren degradazioa gertatzen da.

Azido erribonukleiko mezularia (RNAm) Azido erribonukleikoaren (RNA) molekula ugariz osatutako familia da. Molekula horiek informazio genetikoa transmititzen dute DNAtik erribosometara eta, bertan, geneek kodetutako proteinaren aminoazido-sekuentzia zein izan behar den zehazten dute. RNA polimerasa izeneko entzimak geneak RNAm transkribatu primariora (aurre-RNAm izenekoa) transkribatzen ditu. Horrela, RNAm molekula prozesatu eta heldua lortzen da. Ondoren, RNAm heldua berriz ere transkribatzen da aminoazidoz osatutako polimero batera: proteina.

DNAn gertatzen den moduan, RNAm-k daraman informazio genetikoa nukleotidoen sekuentzia bat da, 3 base-pareko kodonetan multzokatu daitekeena. Kodon bakoitzak aminoazido jakin bat kodetzen du, amaiera-kodonek salbu. Azken horiek proteinaren sintesia amaitzeko seinaleak dira. Kodonen itzulpen prozesuak beste bi RNA mota behar ditu: transferentziazko RNA (tRNA) eta RNA erribosomikoa (rRNA). Lehenak, kodona ezagutu eta dagokion aminoazidoa txertatzen du; eta bigarrena, aldiz, erribosomaren makineria proteina-kodetzailearen osagai zentrala da.

RNAm-ren existentzia Jacques Monod eta Francois Jacob-ek iradoki zuten lehen aldiz. Ondoren, 1961ean, Francois Jacob, Sydney Brenner eta Matthew Meselson-ek aurkitu zuten Kaliforniako Institutu Teknologikoan.

RNAm ez da nahasi behar DNA mitokondrialarekin (DNAm).

Sintesia, prozesamendua eta funtzioa

RNAm molekulen sintesiaren zikloa transkripzio izeneko prozesu batekin hasi, eta horren degradazioarekin amaitzen da. RNAm-ren bizitzan zehar, molekulak prozezatu, editatu eta garraiatu egiten dira baitan duten informazio genetikoa itzuli aurretik. Eukariotoen RNAm-k askotan prozesamendu eta garraio konplexua pairatzen dituzte; prokariotoena, ordea, sinpleagoa izan ohi da. Eukariotoen RNAm-k eta horien inguruan kokatuta dauden proteinek osatzen dituzten konplexuei RNP mezulari deritze: erribonukleoproteina mezulari.

Transkripzioa

Transkripzioa DNAtik RNA lortzeko aurrera eraman beharreko prozesua da. Transkripzioan, RNA polimerasak DNA molekulan dagoen generen baten kopia sortzen du, kopia hori geneari dagokion RNAm molekula delarik. Prozesu hau oso antzekoa da eukariotoetan eta prokariotoetan. Hala ere, bien artean desberdintasun garrantzitsu bat badago; izan ere, prokariotoena ez bezala, eukariotoen RNA polimerasa RNAm-ren prozesaketarako entzimekin elkartzen da transkripzioa gertatu bitartean. Horrek prozesamendua transkripzioa gertatu bezain pronto hastea bermatzen du. Transkripzioaren ostean lortutako bizitza laburreko eta prozesatu gabeko edo partzialki prozesatutako produktuari RNAm aurrekari edo aurre-RNAm deritzo; behin prozesamendua gertatu dela, lortzen den molekulari RNAm heldu deritzo.

Eukariotoen RNAm-ren aurreprozesaketa

RNAm-ren prozesaketa eukarioto, bakterio eta arkeoetan era desberdinean gertatzen da, baina bizidun ez-eukariotikoen RNAm-k ez du prozesaketarik behar, transkripzioa gertatzen den momentutik heldua baita. Hala ere, aurre-RNAm eukariotikoak prozesaketaren pauso batzuk behar diru zitoplasmara garraiatua izan baino lehen.

Moztitsasketa

RNAm eukariotikoa heldua izatea eragiten duen prozesaketarik luzeena RNAren moztitsasketa da eta introiek (sekuentzia ez- kodetzaileak) kentzean eta geratzen diren exoiek (sekuentzia kodetzaileak) elkarren artean lotzean datza.

5' kapelaren gehiketa

5’ kapela, RNA kapela, RNA 7-metilguanosina edota RNA m⁷G kapela ere esaten zaiona, transkripzioa amaitzen denean RNA mezulari eukariotikoen 5’ muturraren aurrean txertatzen den guanina nukleotido eraldatua da. Egitura hori transkribatuko den lehenengo nukleotidoari 5’-5’trifosfato lotura bidez lotzen zaion 7-metilguanosina hondar bat da. Horren presentzia kritikoa da erribosomek RNAm molekula ezagutzeko eta RNasen aurreko babeserako.

Edizioa

Egoera batzuetan beharrezkoa da RNAm editatzea eta RNAm horren nukleotidoen osaera aldatzen da. Gizakietan gertatzen den edizioaren adibide bat B apolipoproteinarena da, zeina ehun batzuetan editatzen den eta beste ehun batzuetan ez. Edizioak duen helburu nagusia amaiera-kodon goiztiarra gaineratzea izaten da eta, kodon horrek, proteina laburragoa sintetizatzea eragiten du.

Poliadenilazioa

Poliadenilazioa RNA molekularen eta poliadenilazio-zatiki baten arteko lotura kobalentea da. Organismo eukariotikoen RNA mezulari gehienak 3 ́-muturrean poliadenilatzen dira, baina berriki aurkitu da uridinaren zatiki txikiak ere gaineratu daitezkeela. Poli(A) isatsaren helburu nagusia RNA mezularia exonukleasek eragin dezaketen degradazioetatik babestea da. Horretaz gain, poliadenilazioa garrantzitsua da transkripzioaren amaierarako, RNAm nukleotik kanporatzeko eta itzulpenerako. Hala ere, poliadenilazioa organismo prokariotikoetan ere gerta daiteke, baina degradazio exonukleolitikoa saihestu ordez, poliadenilazioak degradazio exonukleotikoa errazten du.

Poliadenilazioa DNA RNA-ra transkribatu bezain laster gertatzen da, nahiz eta transkripzioa gertatzen den bitartean ere gerta daitekeen. Transkripzioa amaitzen denean, RNA polimerasarekin elkarturiko endonukleasa konplexu baten bidez mozten da eta 3 ́ muturrean dagoen mozketa-gunean 250 adenosina-hondar gaineratzen dira. Erreakzio hori poliadenilato polimerasa entzimak katalizatzen du eta moztitsasketa-gune alternatiboak dauden kasuetan, RNAm-ren poliadenilazio-aldaerak ager daitezke.

Hala ere, poliadenilazio-guneetan mutazioak gerta daitezke. Gene baten RNA transkripto primarioa poli-A gunean mozten da eta 100-200 adenina gehitzen dira RNAren 3 ́muturrean. Gune horietan aldaketarik badago, RNAm luze eta desegonkorra sortzen da.

Garraioa

Prokariotoen eta eukariotoen artean dagoen beste desberdintasun bat RNAm-ren garraioa da. Eukariotoetan transkribapen eta itzulpen prozesuak konpartimentuen bidez fisikoki banaturik daudenez, RNAm eukariotikoak nukleotik zitoplasmara garraiatu beharra dago. Garraio hori zenbait seinalizazio-bidek erregulatzen dute. RNAm helduek itzulpen osteko eraldaketak direla-eta antzematen dira, eta poro nuklearretik atera eta, CBP20 eta CBP80 proteinetara eta transkribapen/esportazio konplexura (TREX) lotzen dira. Eukariotoetan RNAm-ren esportazio-bidezidor ugari identifikatu dira.

Bereziki konplexuak diren zeluletan, RNAm batzuk itu azpizelular berezietara garraitzen dira. Neurona helduetan, RNAm jakin batzuk somatik dendritetara garraiatzen dira. RNAm itzulpenerako gune bat sinapsien azpiko polirribosometan dago. Arc/Arg3.1 geneetarako RNAm-ren kokapena aktibitate sinaptikoak gidatzen du eta, beraz, NMDA hartzaileek sortzen dituzten seinaleen araberako sinapsi aktiboetatik hurbil kokatzen da.

Beste RNAm batzuk dendritetara doaz kanpoko estimuluen ondorioz, adibidez, β-actin RNAm nukleotiko kanporaketa gertatzen denean, aktinaren RNAm ZBP1 eta 40s azpiunitateekin elkartzen da. Sortzen den konplexua ondoren proteina motore batekin lotu eta itu-kokalekura garraiatzen da (hedapen neuritikoa) zitoeskeletoan zehar. Amaieran, Src-k ZBP1 fosforilatzen du transkripzioari hasiera emateko. Garapenean dauden neuronetan hazten ari diren axoietara eta haziera-konoetara ere garraiatzen dira. RNAm ugari “zip kode” izenekoekin markatzen dira eta horiek kokapen jakin batzuetara garraiatzen dira.

Itzulpena

Prokariotoetan, RNAm-k ez du inolako prozesamendurik edo garraiorik jasaten eta, beraz, erribosomek gidatutako itzulpena transkripzioa amaitu bezain laster has daiteke. Hori dela eta, esan daiteke prokariotoetan itzulpena transkripzioarekin batera gertatzen dela.

Eukarioetan, aldiz, erribosomek RNAm molekulen itzulpenari ekiteko, beharrezkoa da RNAm molekulak aurretik prozesatzea eta zitoplasman zehar garraiatzea. Itzulpena zitoplasman esekita dauden erribosometan gerta daiteke, baina baita erretikulu endoplasmatikoaren mintzera atxikita dauden erribosometan ere. Azken horietan beharrezkoa da seinalearen ezagupenerako konplexua. Hori dela eta, prokariotoetan ez bezala, eukariotoetan itzulpena ez da zuzenean transkripzioarekin batera gertatzen.

Egitura

Eukariotoen RNAm helduaren egitura. Guztiz prozesaturiko RNAm batean 5’ kapela, 5’ UTRa, gune-kodetzailea, 3’ UTRa eta poli(A) isatsa aurkitzen dira.

Gune kodetzaileak

Gune kodetzaileak kodonez osatuta daude. Kodon horiek deskodetu eta itzuli egiten dira proteinetara erribosomen bidez. Eukariotoetan normalean proteina bakarra lortzen da itzulpen horretatik, eta prokariotoetan, aldiz, bat baino gehiago.

Gune kodetzaileak hasiera-kodonarekin hasten dira eta amaiera-kodonarekin amaitu. Oro har, hasiera-kodona AUG hirukotea izaten da, eta amaiera-kodonak, aldiz, UAA, UAG edo UGA hirukoteak. Gune kodetzaileak degradaziotik babesten dituzte barneko zenbait base parek, horiek egonkortzen dituztelako. Zonalde proteina-kodetzaileak izateaz gain, gune kodetzaileek aurre-RNAm-n sekuentzia erregulatzaile gisa ere jarduten dute, exonen moztitsasketa inhibituz edo aktibatuz.

Itzuli gabeko guneak

Itzuli gabeko guneak (UTRak) RNAm molekulan hasiera-kodonaren aurretik eta amaiera-kodonaren ostean agertzen diren guneak dira, zeinak ez diren itzultzen. Hasiera-kodonaren aurretik agertzen diren itzuli gabeko guneei 5’ itzuli gabeko gune (5’ UTR) deritze, eta amaiera-kodonaren ostean daudenei, aldiz, 3’ itzuli gabeko gune (3’ UTR). Gune horiek gune kodetzaileekin batera transkribatzen dira, RNAm helduan aurkitzen diren gune exonikoak direlako. Badira gene-adierazpenarekin loturiko zenbait funtzio, itzuli gabeko gune horiei egotzi zaizkienak, esaterako, RNAm-ren egonkortzea, RNAm-ren kokatzea eta itzulpenaren efizientziaren erregulazioa. UTRek funtzio horiek aurrera eramateko duten gaitasuna UTRaren sekuentzien araberakoa da, zeina bestelako RNAm molekuletatik bereiz daitekeen. 3’ UTRen aldaera genetikoek ere gaixotasunak azalaratzeko sentiberatasunean hartzen dute parte, RNA-egituren eta proteinen itzulpenean gertatzen diren aldaketen ondorioz.

5’ UTR edota 3’UTRek RNA mezularien egonkortasuna kontrolatzen dute; izan ere, RNA degradatzen duten erribonukleasa izeneko entzimekiko eta RNAren degradazioaren inhibizioa eragiten duten proteina laguntzaileekiko afinitatea aldatzen dute.

UTRek itzulpenaren eraginkortasuna ere erregulatzen dute eta, batzuetan, itzulpenaren inhibizio osoa kontrolatzeko gaitasuna ere badute. 3’ UTR zein 5’ UTRtara lotzeko gai diren proteinek itzulpenean eragin dezaketela ikusi da, erribosomek RNA mezularietara batzeko duten gaitasuna eraldatzen dutelako. 3’ UTRtara lotzen diren mikroRNAk ere itzulpenaren eraginkortasunean edo RNAm-ren egonkortasunean eragiten dute.

RNAm-k zitoplasman duen kokapena 3‘ UTRek kontrolatzen dute. Zelularen gune jakin batean behar diren proteinen RNA mezulariek gune horietan itzultzeko aukera ematen dute; kasu horietan, 3’ UTRak RNA mezularia itzulpena gertatuko den gunera gidatzen duten sekuentziak barne hartzen ditu.

Itzuli gabeko gune batzuetan aurkitzen diren zenbait elementuk egitura sekundarioak eratzen dituzte RNArako transkripzioa gertatu ostean. Elementu horiek RNAm-ren erregulazioan hartzen dute parte; batzuk, SECIS elementuak, alegia, proteinak lotzeko ituak dira. RNAm elementuen beste mota batek, erriboetengailuek, molekula txikietara lotzen dira zuzenean; horrela, horien tolesketa eraldatzen duten transkripzio- eta iltzulpen-mailak erregulatzen dituzte. Azkeneko kasu horietan, RNAm molekulak bere buruaren erregulazioan dihardu.

Poli(A) isatsa

3’ poli-(A) isatsa adenina nukleotidoen segida luze bat da, pre-RNAm-ren 3’ muturrera gehitzen dena. Isats horrek RNAm degradaziotik babesten du, horren itzulpena sustatzen du eta nukleotik kanporatzen du.

RNAm monozistronikoa vs. polizistronikoa

RNAm molekula bat monozistronikoa da proteina-kate bakarra (polipeptidoa) lor daitekenean bere informazio genetikotik. Hori da eukarioto gehienen RNAm-ren kasua. Bestalde, RNAm polizistronikoek irakurtarau ireki edo ORF (Open Reading Frame) ugari dituzte eta bakoitza polipeptido desberdin batean itzul daiteke. Polipeptido horiek normalean antzeko funtzioa izaten dute eta batzuetan konplexu baten azpiunitate desberdinak izaten dira. Euren sekuentzia kodetzailea zonalde erregulatzaile berean egon ohi da, zeinak sustatzaile bat eta operadore bat dituen. Bakterio eta arkeo gehienetan dagoen RNAm polizistronikoa da, baita gizakion genoma mitokondrialekoa ere. RNAm dizistroniko edo bizistronikoa 2 proteina soilik kodetzen dituena da.

RNAm-ren zirkularizazioa

Eukariotoetan, RNAm molekulek egitura zirkularrak sortzen dituzte poli-(A) proteina-lotzailearen eta elF4E proteinaren arteko elkarrekintzak direla eta. Bi proteina horiek elF4G-ri lotu, eta RNAm-proteina-RNAm zubi bat sortzen dute.

Badaude zirkularizaziorako beste mekanismo batzuk ere, bereziki birusen RNAm-n. Poliobirusaren RNAm-k 5’ muturrean hirusta-hostoaren forma duen zatiki bat erabiltzen du PCPB2 lotzeko, eta azken hori poli-(A) proteina-lotzaileari lotu eta RNAm-proteina-RNAm zikloa ere sortzen du. Garagar nano horiaren birusak (Barley yellow dwarf ingelesez) RNAm zirkularizatu dezake beste proteina batzuen laguntzarik gabe. Izan ere, 5’ eta 3’ muturretan kissing stem loops izeneko egiturak ditu zeintzuek RNAm zatikiak lotzen dituzten.

Birusen RNA-enomak zirkularizatzea ere oso ohikoa da. Genoma erreplikatzen ari denean, zirkularizazio horrek erreplikazio- denbora azkartzen du. Genoma-erreplikazioa gertatu bitartean, zirkularizazioak erreplikazio-abiadurak azkartzen ditu, RNA biriko menpeko RNA polimerasa ziklatzen duelako hipotetikoki erribosoma ziklatu beharko litzatekeen adina.

Degradazioa

Zelula bateko RNAm molekulek duten bizitza-erdia (egonkortasuna) ezberdina da. Bakterioetan RNAm bakartiek segundo batzuetatik ordu bateraino biziraun dezakete. Hala ere, bitzitza-erdi normalak 1-3 minutu artekoak izaten dira, bakterioen RNAm eukariotoena baino ezegonkorragoa da eta. Ugaztun-zeluletan, RNAm molekulen bizitza-erdiak minutu gutxi batzuen eta zenbait egunen tartekoak dira. Zenbat eta egonkorragoa izan RNAm molekula, orduan eta proteina kopuru handiagoa ekoitziko da horretatik abiatuta. RNAm molekulen bizitza-erdiak motza izateak ahalbidetzen du zelula batek proteinen sintesi-prozesua azkar moldatu ahal izatea, beharrizanei erantzuteko. RNAm-ren suntsipena eragiten duten hainbat mekanismo daude eta, horietako batzuk, atal honetan zerrendatuta daude.

RNAm-ren degradazioa prokariotoetan

Oro har, RNAm prokariotoen bizitza-erdia eukariotoena baino laburragoa da. Prokariotoek RNAm degradatzen dute hainbat erribonukleasa-konbinazioren bidez, endonukleasak, 3 ́ exonukleasak eta 5 ́exonukleasak barne. Egoera batzuetan, sRNAek RNAm espezifikoen degradazioa estimula dezakete; izan ere, laguntzen dute osagarriak diren sekuentzien parekaketan eta III motako RNasa bidezko erribonukleasaren mozketan. Duela gutxi frogatu izan da bakterioek 5 ́-kapela bezalako egitura dutela, hau da, 5'-muturrean trifosfatoa dutela. 5 ́-muturreko bi fosfatoen ezabaketak monofosfatoa soilik muturrean geratzea eragiten du eta horrek J RNasa exonukleasak RNAm ezabatzea eragiten du, 5 --> 3 noranzkoan.

RNAm-ren degradazioa, eukariotoetan

Zelula eukariotoetan, itzulpen prozesua eta RNAm-ren degradazio prozesua orekatuta daude. Modu aktiboan itzultzen dabiltzan mezuak erribosomei, eukariotoen elF-4E eta elF-4G hasiera-faktoreei eta poli(A) proteina-lotzaileari lotzen zaizkie. elF-4E eta elF-4G proteinek entzima kapela-kentzailea (DCP2) oztopatzen dute eta poli(A) proteinak exosoma-konplexua oztopatzen du; horrela, mezuaren muturrak babesten dira. Itzulpenaren eta degradazioaren arteko oreka hori P gorputz izeneko egitura zitoplasmatikoen tamainan eta kopuruan islatzen da. RNAm molekulen poli(A) isatsa exonukleasa bereziek laburtzen dute. RNAn dauden sekuentzia cis-erregulatzaile eta proteina RNA-lotzaile batzuk dira exonukleasa horiek RNAm espezifikoetara bideratzearen arduradunak. Poli(A) isatsa kentzen denean, mezuaren egitura zirkularra hondatzen dela uste dute ikertzaileek eta, ondorioz, konplexu kapela-lotzailea desegonkortzen dela. Ondoren, mezua degradatu egiten da exosoma-konplexuaren edo konplexu kapela-kentzailearen bidez. Horrela, itzulpenerako inaktiboak diren mezuak azkar suntsi daitezke, eta mezu aktiboak, aldiz, dauden moduan uzten dira. Oraindik ez dago argi itzulpena gelditu eta mezua degradatzera bidaltzen duen mekanismo hori.

AU-tan aberatsak diren elementuen deskonposizioa

AU-tan aberatsak diren elementuen presentziak ugaztunen RNAm molekulak ezegonkortzen ditu. Izan ere, zenbait proteina hauetara lotzea eragiten dute eta, ondorioz, poli(A) isatsa ezabatzea. Ikertzaileek uste dute poli(A) isats horren galerak RNAm molekularen degradazioa sustatzen duela, exosoma-konplexuaren zein kapela kentzeko konplexuaren erasoa errazten duelako. RNAm degradatzeko bide azkar hau erabiltzen da zitokina indartsu batzuen gehiegizko adierazpena saihesteko, hala nola, tumoreen nekrosi-faktorearen (TNF) eta granulozito-makrofago kolonien faktore estimulatzailearena (GM-CSF). AU-tan aberatsak diren elementuek zenbait faktore proonkogenikoren biosintesia ere erregulatzen dute, hala nola, c-Jun eta c-Fos faktoreena.

Esanahi gabeko mutazioek bideratutako deskonposizioa

Eukariotoen RNAm NMD (Nonsense Mediated Decay) bidezko zinaketa izaten dute, RNAm-n amaiera-kodon goiztiarra (esanahirik gabeko mutazioa) ez egotea bermatzeko. Horiek, askotariko faktoreen ondorioz sor daitezke, besteak beste, juntadura osatugabeen ondorioz, hartutako sistema immuneko errekonbinazioaren ondorioz edo DNA-mutazioen ondorioz edo itzulpeneko akatsen ondorioz sor daitezke. Amaiera-kodon goiztiar baten detekzioak RNAm-ren degrazioa eragiten du, 5 kapela kenduz, 3 muturreko poli (A) isatsa ezabatuz edo mozketa endonukleotikoa eraginez.

Interferentziazko RNA txikia (siRNA)

Animalietan, DICER deritzon proteina baten bidez prozesatzen diren interferentziazko RNA txikiak (siRNA) RNAk induzitutako konplexu isilarazle deritzon konplexuan (RISC) txertatzen dira. Konplexu horretan, siRNAk batzen diren RNA mezulari osagarriak ebakitzen dituzten endonukleasak daude. Ebaketaren ondorioz sortzen diren RNAm-zatikiak exonukleasek degradatzen dituzte ondoren. siRNAk oso erabiliak dira laborategietan, zelula-kultiboetan geneen funtzioak oztopatzeko. Molekula horiek berezko immunitate-sistemak harizpi-bikoitzeko RNA birikoen aurka egiteko ekoitzen direla uste dute adituek.

Mikro RNA (miRNA)

MikroRNAk (miRNAk) animalien RNA mezularien sekuentziekiko osagarritasun partziala duten RNA-molekula txikiak dira. miRNA baten eta RNA mezulari baten arteko baturak batutako RNA mezulariaren itzulpena eragotzi eta poli(A) itsatsaren mozketa bizkortzen du; ondorioz, RNAm-ren degradazioa bultzatzen da. miRNAren jarduera-mekanismoa ikerketarako gai bilakatu da gaur egun.

Beste deskonposizio-mekanismo batzuk

Hala ere, RNAm-k degradatzeko beste modu batzuk ere badaude, hala nola, piRNA bidezko amaierarik gabeko endekapena eta isilpena.

RNAm-n oinarritutako terapiak

RNAm molekulak terapeutikan erabili dira Biotek Aroa hasi zenetik baina 2010 hamarkada arte ez zitzaien garrantzi handirik eman. Orduan sortu zen Moderna Therapeutics, eta lehen hiru urteetan ia mila milioi dolar bildu zituen.

Teorian, txertatutako RNAm molekulak zelula batek proteina bat ekoiztea eragin dezake. Proteina hori gaixotasun bat sendatu dezake edo txerto gisa jardun. Gainera, zeharkako modu batean proteina horrek ere eragin lezake zelula ama endogeno bat desberdintzea intereseko zelula batean.

RNA terapiaren erronka nagusia RNA itu-zeluletara bideratzea da. RNA sekuentzia biluziak prozesu ostean berez degradatuko dira, inbaditzaileek bezala gorputzaren sistema immunea eraso dezakete eta zelula mintzarekiko iragazgaitzak dira. Behin zelulan daudela, zelularen garraio-mekanismoa utzi behar dute zitoplasman jardun ahal izateko, proteinen sintesia bideratzen duten erribosomak hor daudelako.

Kanpo estekak

• Datuak: Q188928
• Multimedia: MRNA / Q188928