Sítio de ligação com o ribossomo

Um sítio de ligação com o ribossomo, ou sítio de ligação ribossômica (abreviado na literatura em inglês como RBS, de ribossomal binding site), é uma sequência de nucleótidos a montante do códon de iniciação de um transcrito de ARNm que é responsável pelo recrutamento de um ribossoma durante o início da tradução da proteína. Principalmente, o RBS refere-se a sequências bacterianas, embora tenham sido descritos sítios internos de entrada de ribossomas (abreviados como IRES, do inglês internal ribosome entry site) em mRNAs de células eucariotas ou vírus que infectam eucariotas. O recrutamento de ribossomas em eucariotas é geralmente mediado pelo cap 5' presente em ARNm eucarióticos.[1][2][3]

Procariotas

O RBS em procariotas é uma região a montante do códon de iniciação. Esta região do ARNm tem o consenso 5'-AGGAGG-3', também chamado de sequência de Shine-Dalgarno (SD).[4] A sequência complementar (CCUCCU), chamada de anti-Shine-Dalgarno (ASD) está contida na terminação 3’ da região 16S da menor subunidade ribossômica (30S). Ao encontrar a sequência de Shine-Dalgarno, a ASD dos ribossomos emparelha bases com ela, após o qual a tradução é iniciada.[1][5]

Variações da sequência 5'-AGGAGG-3' tem sido encontrado em Archaea como regiões 5′-GGTG-3′ altamente conservadas, 5 pares de bases a montante do sítio de início. Além disso, algumas regiões de iniciação bacteriana, tais como rpsA em E.coli tem lacunas de sequências SD completamente identificáveis.[6]

Efeito na taxa de iniciação da tradução

Os ribossomos procarióticos iniciam a tradução do ARNm transcrito enquanto ADN está ainda sendo transcrito. Assim, a tradução e a transcrição são processos paralelos. ARNm bacteriano é usualmente policístrico (apresenta múltiplos cístrons, e contém múltiplos locais de ligação ao ribossoma. O início da tradução é o passo mais regulado da síntese protéica em procariontes.[7]

A taxa de tradução depende de dois fatores:

  • a taxa na qual um ribossomo é recrutado para a RBS
  • a taxa na qual um ribossomo recrutado é capaz de iniciar a tradução (i.e. a eficiência de iniciação da tradução)

A sequência RBS afeta ambos os fatores.

Fatores que afetam a taxa de recrutamento de ribossomos

A proteína ribossômica S1 liga-se a sequências de adenina a montante da RBS. Aumentar a concentração de adenina a montante do RBS aumentará a taxa de recrutamento de ribossomos.[7]

Fatores que afetam a eficiência da iniciação da tradução

O nível de complementaridade da sequência SD do ARNm ao ASD ribossômico afeta muito a eficiência da iniciação da tradução. Maior complementaridade resulta em maior eficiência de iniciação.[8] É interessante se notar que isso só se sustenta até certo ponto - sabe-se que uma rica complementaridade paradoxalmente diminui a taxa de tradução, já que o ribossomo passa a ser limitado demais para prosseguir a jusante.[8]

A distância ótima entre o RBS e o códon de iniciação é variável -isso depende da porção da sequência SD codificado no RBS real e sua distância ao sítio de iniciação de uma sequência SD consenso. O espaçamento ótimo aumenta a taxa de iniciação da tradução uma vez que o ribossomo foi ligado tenha sido ligado.[8] A composição de nucleotídeos na própria região do espaçador também afetou a taxa de iniciação da tradução em um estudo.[9]

Proteínas do choque térmico

Estruturas secundárias formadas pela RBS pode afetar a eficiência da tradução de ARNm, geralmente inibindo a tradução. Estas estruturas secundárias são formadas pela ligação H dos pares de bases do ARNm e são sensíveis à temperatura. A uma temperatura acima da usual (~42 °C), a estrutura secundária RBS de proteínas do choque térmico torna-se desfeito, permitindo que os ribossomos se liguem e iniciem a tradução. Este mecanismo permite que uma célula responda rapidamente a um aumento na temperatura.[7]

Eucariotas

Cap 5'

Recrutamento de ribossomos em eucariotas acontece quando fatores de iniciação eucariota elF4F e proteína de ligação a poli(A) (PABP, poly(A)-binding protein) reconhece o ARNm com a estrutura cap 5' e recruta o complexo 43S do ribossoma na localização.[10]

O início da tradução acontece após o recrutamento do ribossomo, no códon de iniciação (sublinhado) encontrado dentro do sequência de consenso de Kozak ACCAUGG. Dado que a sequência de Kozak em si não está envolvida no recrutamento do ribossoma, não é considerada um local de ligação ao ribossoma.[1][10]

Sítio interno de entrada do ribossoma (IRES)

Os ribossomos eucarióticos são conhecidos por se ligarem a transcritos em um mecanismo diferente do que envolve o cap 5', em uma sequência chamada sítio interno de entrada do ribossoma. Este processo não depende do conjunto completo de fatores de iniciação da tradução (embora isso dependa do IRES específico) e é comumente encontrado na tradução de ARNm viral.[11]

Anotação genética

A identificação de RBSs é usada para determinar o local de iniciação da tradução em uma sequência não anotada. Isso é chamado de previsão N-terminal. Isto é especialmente útil quando vários códons de início estão situados em torno do local de início potencial da sequência de codificação da proteína.[12][13]

Identificação de RBSs é particularmente difícil, porque eles tendem a ser altamente degenerados.[14] Uma abordagem para identificar RBS em E.coli é usando redes neurais.[15] Outra abordagem é usando o método de amostragem de Gibbs.[12]

História

A sequência Shine-Dalgarno, do RBS procariótico, foi descoberta por John Shine e Lynne Dalgarno em 1975.[4][16]A sequência de consenso de Kozak foi primeiro identificada por Marilyn Kozak em 1984[17] enquanto ela estava no Departamento de Ciências Biológicas na Universidade de Pittsburgh.[18]

Ver também

Referências

  1. ↑ a b c Ribosomal Binding Site Sequence Requirements - www.thermofisher.com
  2. ↑ Boni, I V et al. “Non-canonical mechanism for translational control in bacteria: synthesis of ribosomal protein S1” EMBO journal vol. 20,15 (2001): 4222-32.
  3. ↑ Unoson, Cecilia & Wagner, E Gerhart H. (2007). Dealing with stable structures at ribosome binding sites: Bacterial translation and ribosome standby. RNA biology. 4. 113-7. 10.4161/rna.4.3.5350.
  4. ↑ a b Shine, J.; Dalgarno, L. (6 de março de 1975). «Determinant of cistron specificity in bacterial ribosomes». Nature. 254 (5495): 34–38. PMID 803646. doi:10.1038/254034a0 
  5. ↑ «Help:Ribosome Binding Site - parts.igem.org». parts.igem.org. Consultado em 16 de outubro de 2015 
  6. ↑ Omotajo, Damilola; Tate, Travis; Cho, Hyuk; Choudhary, Madhusudan (14 de agosto de 2015). «Distribution and diversity of ribosome binding sites in prokaryotic genomes». BMC Genomics. 16 (1). ISSN 1471-2164. PMC 4535381Acessível livremente. doi:10.1186/s12864-015-1808-6 
  7. ↑ a b c Laursen, Brian Søgaard; Sørensen, Hans Peter; Mortensen, Kim Kusk; Sperling-Petersen, Hans Uffe (1 de março de 2005). «Initiation of Protein Synthesis in Bacteria». Microbiology and Molecular Biology Reviews. 69 (1): 101–123. ISSN 1092-2172. PMC 1082788Acessível livremente. PMID 15755955. doi:10.1128/MMBR.69.1.101-123.2005 
  8. ↑ a b c De Boer, Herman A.; Hui, Anna S. (1 de janeiro de 1990). Enzymology, BT - Methods in, ed. [9] Sequences within ribosome binding site affecting messenger RNA translatability and method to direct ribosomes to single messenger RNA species. Col: Gene Expression Technology. 185. [S.l.]: Academic Press. pp. 103–114 
  9. ↑ Stormo, Gary D.; Schneider, Thomas D.; Gold, Larry M. (11 de maio de 1982). «Characterization of translational initiation sites in E. coli». Nucleic Acids Research. 10 (9): 2971–2996. ISSN 0305-1048. PMC 320669Acessível livremente. PMID 7048258. doi:10.1093/nar/10.9.2971 
  10. ↑ a b Hellen, Christopher U. T.; Sarnow, Peter (1 de julho de 2001). «Internal ribosome entry sites in eukaryotic mRNA molecules». Genes & Development. 15 (13): 1593–1612. ISSN 0890-9369. PMID 11445534. doi:10.1101/gad.891101 
  11. ↑ Pisarev, Andrey V.; Shirokikh, Nikolay E.; Hellen, Christopher U.T. «Translation initiation by factor-independent binding of eukaryotic ribosomes to internal ribosomal entry sites». Comptes Rendus Biologies. 328 (7): 589–605. doi:10.1016/j.crvi.2005.02.004 
  12. ↑ a b Hayes, William S.; Borodovsky, Mark (1998). «Deriving ribosomal binding site (RBS) statistical models from unannotated DNA sequences and the use of the RBS model for N-terminal prediction.» (PDF). Pacific Symposium on Biocomputing. 3: 279–290 
  13. ↑ Noguchi, Hideki; Taniguchi, Takeaki; Itoh, Takehiko (1 de dezembro de 2008). «MetaGeneAnnotator: Detecting Species-Specific Patterns of Ribosomal Binding Site for Precise Gene Prediction in Anonymous Prokaryotic and Phage Genomes». DNA Research. 15 (6): 387–396. ISSN 1340-2838. PMC 2608843Acessível livremente. PMID 18940874. doi:10.1093/dnares/dsn027 
  14. ↑ Oliveira, Márcio Ferreira da Silva; Mendes, Daniele Quintella; Ferrari, Luciana Itida; Vasconcelos, Ana Tereza Ribeiro. «Ribosome binding site recognition using neural networks». Genetics and Molecular Biology. 27 (4): 644–650. ISSN 1415-4757. doi:10.1590/S1415-47572004000400028 
  15. ↑ Stormo, Gary D. (1 de janeiro de 2000). «DNA binding sites: representation and discovery». Bioinformatics. 16 (1): 16–23. ISSN 1367-4803. PMID 10812473. doi:10.1093/bioinformatics/16.1.16 
  16. ↑ «Prof John Shine — Garvan Institute of Medical Research». www.garvan.org.au. Consultado em 10 de novembro de 2015. Arquivado do original em 27 de agosto de 2016 
  17. ↑ Kozak, Marilyn (25 de janeiro de 1984). «Compilation and analysis of sequences upstream from the translational start site in eukaryotic mRNAs». Nucleic Acids Research. 12 (2): 857–872. ISSN 0305-1048. PMC 318541Acessível livremente. PMID 6694911. doi:10.1093/nar/12.2.857 
  18. ↑ «Research: Top 10 Women Scientists Of The '80s: Making A Difference | The Scientist Magazine®». The Scientist. Consultado em 10 de novembro de 2015 

Ligações externas