Degradosoma

O degradosoma é un complexo multiproteico presente na maioría das bacterias que está implicado no procesamento do ARN ribosómico e a degradación do ARN mensaxeiro e está regulado por ARN non codificante. Contén as proteínas ARN helicase B, RNase E e polinucleótido fosforilase.^[1] Outras ensamblaxes encimáticas parecidas ao degradosoma poden atoparse noutros seres vivos.

O almacenamento do ARN nas células está flutuando constantemente. Por exemplo, en Escherichia coli, a duración dun ARN mensaxeiro é de entre 2 e 25 minutos, noutras bacterias podería ser máis longa. Incluso en células en repouso o ARN degrádase de maneira constante e os produtos nucleotídicos resultantes deste proceso son despois reutilizados en novs roldas de sínteses de ácidos nucleicos. O recambio do ARN é moi importante para a regulación xénica e control de calidade metabólica.

Todos os organismos teñen varias ferramentas para a degradación do ARN, como as ribonucleases, helicases, nucleotidiltransferases dos extremos 3' (que engaden colas a todos os transcritos), encimas que colocan ou eliminan as caparuzas 5' e diversas proteínas que se unen ao ARN que axudan a modelar o ARN para a súa presentación como substrato ou para o recoñecemento. Frecuentemente, estas proteínas asócianse formando complexos estables nas cales as súas actividades son coordinadas e cooperativas. Moitas destas proteínas do metabolismo do ARN están representadas nos compopñentes do degradosoma de ARN multiencimático de Escherichia coli, que está constituído por catro compoñentes básicos: a endorribunuclease hidrolítica RNase E, a exorribonulease fosforolítica PNPase, a ARN helicase dependente de ATP (RhIB) e un encima enolase glicolítico.

O degradosoma de ARN foi descuberto en dous laboratorios independentemente que traballaban na purificación e caracterización da RNAase E de E. coli e de factores que podían ter influencia na actividade dos encimas que degradaban o ARN, como a PNPase. Descubriuse cando dous dos seus principais compoñentes estaban a ser estudados.

A composición deste multiencima pode variar dependendo do organismo. O complexo multiproteico degradosoma de ARN de E. coli consta de 4 compoñentes canónicos, que son:

• RNase E: unha gran endorribonulease hidrolítica que pode dividirse nunha metade N-terminal, que contén o dominio catalítico e é o lugar onde reside a actividade de degradación nucleótica; e a metade C-terminal, que é unha longa cadea proteica non estruturada sen función coñecida, que proporciona o armazón necesario para a ensamblaxe do degradosoma. Esta rexión é moi flexible, o que facilita a interacción entre os compoñentes do degradosoma. En E. coli, a RNase E está localizada na membrana plasmática e pode observarse por microscopia de fluorescencia.^[2] Consta de 1 061 aminoácidos e ten un peso molecular de 118 kDa.
• PNPase: unha exorribonuclease fosforolítica que degrada o ARN. Consta dunha cadea de 421 aminoácidos e a súa masa molecular é de 47 kDa.
• Enolase: un encima enolase glicolítico formado por 432 aminoácidos e unha masa molecular de 46 kDa.
• ARN helicase (RhlB): forman unha gran familia de encimas, e as deste tipo teñen 711 aminoácidos e pesan 77 kDa.^[3] A identificación desta proteína de caixa DEAD (un tipo de proteínas implicadas en varios procesos metabólicos nos que xeralmente está implicado o ARN) no degradosoma de E. coli foi un dos primeiros indicadores de que as ARN helicases posiblemente interviñan na degradación do ARNm.

Existen algunhas formas alternativas do degradosoma de ARN con diferentes proteínas. Os compoñente alternativos suplementarios do degradosoma son PcnB (poli A polimerase) e as ARN helicases RhlE e SrmB. Outros compoñentes alternativos atopados durante un shock de frío inclúen a ARN helicase CsdA. Outros compoñentes adicionais durante a fase estacionaria son Rnr (RNase R) e a suposta ARN helicase HrpA. A Ppk (polifosfato quinase) é outro constituínte que se atopou formando parte do complexo, igual que chaperona de ARN Hfq, a PAP (ácido prostático fosfatase), outros tipos de chaperonas e proteínas ribosómicas. Estas atopáronse en preparación de degradosomas de extractos de células de E. coli.^[4]

A estrutura do degradosoma de ARN non é tan ríxida como parece ser na figura porque esta é só un modelo para comprender como funciona. A súa estrutura é, en realidade, dinámica e cada compoñente interacciona cos compoñentes que están próximos a el. Así, a súa estrutura é como un dominio molecular no que o ARN interacciona como substrato con cada un dos compoñentes e cando isto ocorre, é difícil que o ARN escape do complexo.^[3]

O degradosoma de ARN é unha enorme asociación multiencimática implicada no metabolismo do ARN e o control postranscricional da expresión xénica en numerosas bacterias como Escherichia coli e Pseudoalteromonas haloplanktis. Este complexo multiproteico tamén serve como unha máquina para o procesamento de precursores do ARN estruturados no curso da súa maduración.^[5][6]

Considérase que a ARN helicase axuda no proceso de degradación para desenvolver a estrutura en dobre hélice en talos bucle de ARN. Ocasionalmente, obsérvase a copurificación de ARNr co degradosoma, o cal suxire que o complexo pode tomar parte na degradación do ARNr e ARNm. Hai informacións pouco claras sobre o papel exacto do degradosoma. Observando os pasos da degradación dun transcrito en E. coli, o que se sabe é que en primeiro lugar as endorribonucleases clivarían os substratos para que posteriormente as exorribonucleases poidan actuar sobre os produtos. A RhIB ten moi pouca actividade por si mesma pero a interacción coa RNAse E pode estimulala.^[7] O papel da enolase no proceso de degradación de ARN aínda non foi debidamente descrito, pero aparentemente axuda o complexo a ser máis específico durante o proceso de degradación.^[8][9]

Este complexo multiproteico é estimulado por un ARN non codificante de tipo miARN en células eucariotas e de tipo sRNA en bacterias. Xeralmente utilízanse pequenas secuencias para etiquetar os ARNm para a súa destrución. Existen dúas maneiras de facelo: a rexión de iniciación de tradución (TIR) ou a secuencia de ADN codificante (CDS). Primeiramente, para unir o sRNA ao ARNm etiquetado cómpre a actuación dunha Hfq (proteína chaperona). Unha vez que se produciu a unión, se o complexo Hfq-sRNA acaba nun TIR, bloquéase o sitio de unión ao ribosoma (RBS), polo que os ribosomas non poden traducir, e actívanse as nucleases (RNase E) para eliminar o ARNm. Outra posibilidade é que finalice noutra rexión, o que fai que o complexo funcione como un punto finalizador da tradución. Deste modo, os ribosomas poden facer o seu traballo no proceso de descodificación que se detén cando se chega a onde está o complexo, onde se activa todo o proceso de destrución.^[5]

O proceso de destrución do ARN é moi complicado. Para facelo máis doado de comprender, utilízase como exemplo o proceso de degradación do ARNm en Escherichia coli porque é o mellor coñecido. Está mediado principalmente por endo- e ribonucleases. Os encimas RNase II e PNPase (polinucleótido fosforilase) degradan o ARNm en dirección 3'→5'. O degradosoma ten 4 compartimentos que teñen varias ribonucleases. Inicialmente, o ARN sintetizado é unha estrutura de polifosfato. Por iso cómpre realizar unha desfosforilación, para obter o monofosfato pola acción dunha ARN pirofosfohidrolase PppH. Os transcritos teñen dúas partes: o fosfato terminal (P-terminal) e unha estrutura en talo-bucle ao final. O P-terminal é clivado endorribonucleoliticamente pola RNase E, mentres que o talo-bucle é dixerido polas ARN helicases. Se o ARN ten calquera estrutura secundaria, é necesaria a intervención da polimerase PAP para simplificar a redución por exorribonucleases como a PNPase. Finalmente, os fragmentos son procesados por oligorribonucleases.

O proceso é análogo noutras especies e só cambia na maquinaria encimática. Por exemplo, Bacillus subtilis en vez de usar a RNase E como endorribonuclease, utiliza a RNase Y ou a RNase J, ou en arqueas utilízase o exosoma para facer esta función.^[5]

O degradosoma, que ten unha conformación dinámica e é variable en composición e non esential en determinadas condicións de laboratorio, foi, non obstante, mantido ao longo da evolución de moitas especies eucariotas e procariotas (Archaea, eucariotas, Escherichia coli, etc.), debido moi probablemente ás súas diversas contribucións á regulación celular global. Pode demostrarse experimentalmente que a presenza do degradosoma supón un beneficio selectivo para E. coli.^[5]

As estruturas similares ao degradosoma pénsase que formaban parte de moitas γ-proteobacterias e atopáronse tamén noutras liñaxes bacterianas distantes. Están construídas sobre a base dunha RNase E. Porén, a composición destas ensamblaxes similares a degradosomas non sempre é a mesma, xa que pode diferir nalgúns dos seus compoñentes proteicos.

Os humanos e outros animais teñen a bacteria E. coli e outros bacilos non patóxenos no seu tracto intestinal. É un dos organismos máis estudados nos laboratorios e foi un modelo útil para comprender a regulación xenética en bacterias e outros dominios da vida. O degradosoma de ARN de E. coli é unha estrutura que xoga diversos papeis no metabolismo do ARN. Comparte compoñentes homólogos e analoxía funcional con ensamblaxes similares atopadas en todos os dominios da vida. Un dos seus compoñentes é un motor dependente de ATP que é activado por interaccións proteína-proteína e coopera coas ribonucleases nun modo de degradación do ARN dependente de enerxía.^[5]

E. coli non ten unha vía de degradación do ARN 5'→3'. O seu ARNm non ten extremos 5' con caparuza e non se coñecen nela exonucleases 5'→3'. A mesma cousa ocorre noutras eubacterias; por tanto, a vía de degradación 5'→3' podería ser un trazo exclusivo das células eucariotas.^[7]

• Exosoma (complexo)
• Proteasoma