Atenuació (genètica)

De Viquipèdia
Salta a la navegació Salta a la cerca

En genètica, atenuació és un mecanisme de regulació gènica present en alguns operons bacterians que resulta en la terminació prematura de la transcripció i es basa en el fet que, en bacteris, la transcripció i la traducció es desenvolupen simultàniament. També és present en arqueobacteris. L'atenuació implica un senyal d'aturada provisional (atenuador), localitzat en el segment d'ADN que correspon a la seqüència líder de l'ARNm. Durant l'atenuació, el ribosoma esdevé parat (retardat) en l'atenuador. Depenent de les condicions metabòliques, l'atenuador o bé atura la transcripció en aquell moment o bé permet continuar la transcripció cap a la part estructural del gen del ARNm permetent així la síntesi de la proteïna escaient.

Els atenuadors són regions reguladores in cis situades a l'extrem 5' que formen una de les dues estructures secundàries alternatives de l'ARN determinant així l'èxit o el fracàs de la transcripció.[1] La formació de l'estructura determinada és modulada per un mecanisme sensor que produeix o bé un terminador Rho-independent, interrompent la transcripció i produint un ARN no funcional; o una estructura d'anti-terminació, resultant en un ARN funcional. Encara que no compleixen la definició anterior d'atenuació (de la transccripció) hi ha molts exemples equivalents on la traducció, i no la transcripció, és acabada prematurament degut a l'emmascarament de la seqüència Shine-Dalgarno (lloc d'enllaç dels ribosomes) en una estructura de tija en bucle, i per això s'inclouen en aquest article.[1] L'atenuació és un mecanisme regulador antic, prevalent en molts espècies bacterianes que proporciona un control ràpid i sensible d'operons i és generalment utilitzat per reprimir gens en presència del seu propi producte (o un altre metabòlit produït a partir del propi producte).[1]

Classes d'atenuadors[modifica]

Els atenuadors poden ser classificats segons el tipus de molècula que indueix el canvi d'estructura de l'ARN. Probablement els mecanismes d'atenuació es van desenvolupar d'hora, potser prèviament  a la separació entre arqueobacteris i bacteris i de llavors ençà ha anat evolucionat per utilitzar un nombre variat de molècules sensores. Per exemple, l'operó triptòfan utilitza tres mecanismes diferents en organismes diferents.)[2]

Ribointerruptors[modifica]

Els ribointerruptors (en anglès riboswitches) s'enllacen amb molècules com aminoàcids, nucleòtids, sucres, vitamines, ions metàl·lics i altres lligands petits que causen un canvi conformacional en l'ARNm.[1] La majoria d'aquests atenuadors tene caràcter inhibitori i són emprats per regular gens enzims biosintètics o transportadors l'expressió dels quals és inversament proporcional a la concentració dels seus metabòlits corresponents.[1]

Caixes T[modifica]

Aquests elements (en anglès T-boxes) s'enllacen específicament als ARNt sense càrrega elèctrica i modulen l'expressió de l'operó sintetasa de l'aminoacil-tARN corresponent.[2] Nivells alts d'ARNt sense càrrega promouen la seqüència d'anti-terminació provocant així un augment de la concentració d'ARNt carregats elèctricament. Aquests elements són considerats per alguns una família separada de ribointerruptors. Malgrat tot són significativament més complexos que la classe anterior d'atenuadors.[3]

Atenuació amb intervenció proteica[modifica]

Les interaccions proteïna-ARN poden prevenir o estabilitzar la formació d'una estructura d'anti-terminació.[2]

Atenuació amb intervenció de ribosomes[modifica]

L'atenuació depèn de l'activitat dels ribosomes. Si el ribosoma fa una pausa degut a una quantitat insuficient d'ARNt en el medi, aleshores la formació de l'estructura d'anti-terminació és afavorida. Un example d'aquest tipus de regulació és l'operó trp de l'E. coli.

ARN termòmetre[modifica]

Si la formació de llaços en l'ARN és depenent de la temperatura, aleshores aquesta és un paràmetre útil per controlar l'expressió dels gens de l'operó. Aquests ARN termòmetres actuen controlant l'accessibilitat dels ribosomes a la seqüència Shine-Dalgarno, com per exemple en l'expressió de d'illes de patogenicitat d'alguns bacteris després de la seva entrada en l'hoste.[1][4] Estudis recents prediuen l'existència d'estructures secundàries alternatives depenent de la temperatura (incloent-hi terminadors Rho-independents) en direcció 5' de gens de xoc tèrmic en E. coli.[1]

Descobriment[modifica]

El mecanisme d'atenuació va ser descobert per Charles Yanofsky en l'operó trp de l'E. coli.[5] L'observació feta per primera vegada estava relacionada amb dos fets científics diferents. Les mutacions que genoanul·len el gene trp R (que codifica per la proteïna repressora de l'operó trp) mantenen un cert grau de regulació de l'operó trp (aquests mutants no presenten una activació/repressió completa segons la concentració de triptòfan). El rang regulador de l'operó trp és d'unes 700 unitats (actiu/reprimit). Quan el repressor és genoanul·lat encara s'observa un rang regulador d'unes 10 unitats. A més, quan es va seqüenciar el començament de l'operó trp es va observar la presència unusual d'un marc obert de lectura immediatament en la direcció 5' dels marcs oberts de lectura dels genes estructurals que codifiquen els enzims necessaris per a la biosíntesi del triptòfan.

Yanofsky va observar que el marc obert de lectura contenia dos codons Trp en tàndem i, a més, que la proteïna repressor tenia deu vegades el contingut normal de triptòfan. També va observar que l'ARNm d'aquesta regió contenia dues regions palindròmiques que permetien la formació de dues estructures secundàries mútuament exclusives. Una d'elles té l'estructura d'un terminador rho-independent. L'altra, quan es forma, prevé la formació del terminador.

Altres operons regulats per atenuació[modifica]

El descobriment d'aquest tipus de mecanisme de regulació d'expressió gènica en un operó de biosíntesi ha comportat el seu redescobriment en una àmplia varietat d'operons pels quals mai s'havien descobert repressors.

Operó Seqüència líder
Histidina MTRVQFKHHHHHHHPD stop
Treonina MKRISTTITTTITITTGNGAG stop
Ilv (GEDA) MTALLRVISLVVISVVVIIIPPCGAALGRGKA stop
IlvB MTTSMLNAKLLPTAPSAAVVVVRVVVVVGNAP stop
Leucina MSHIVRFTGLLLLNAFIVRGRPVGGIQH stop
Fenilalanina MKHIPFFFAFFFTFP stop

Referències[modifica]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Naville M, Gautheret, D (2009).
  2. 2,0 2,1 2,2 Merino E, Yanofsky C (2005).
  3. Gutiérrez-Preciado A, Henkin TM, Grundy FJ, et al. (2009).
  4. Narberhaus F, Waldminghaus T, Chowdhury S (2006). "RNA thermometers." FEMS Microbiol Rev (30):3–16.
  5. C. Yanofsky, "Attenuation in the control of expression of bacterial operons", Nature 289:751 (1981)

Vegeu també[modifica]