
FMR1 ( Fragile X Messenger Ribonucleoprotein 1 ) es un gen humano [5] que codifica una proteína llamada ribonucleoproteína mensajera del cromosoma X frágil o FMRP. [6] Esta proteína, que se encuentra más comúnmente en el cerebro, es esencial para el desarrollo cognitivo normal y la función reproductiva femenina. Las mutaciones de este gen pueden provocar síndrome del cromosoma X frágil , discapacidad intelectual , insuficiencia ovárica prematura , autismo , enfermedad de Parkinson , retrasos en el desarrollo y otros déficits cognitivos. [7] La premutación FMR1 está asociada con un amplio espectro de fenotipos clínicos que afectan a más de dos millones de personas en todo el mundo. [8]
Función
Plasticidad sináptica
La FMRP tiene una amplia gama de funciones en diferentes áreas de la neurona; sin embargo, estas funciones no han sido completamente caracterizadas. Se ha sugerido que la FMRP desempeña papeles en el transporte nucleocitoplasmático del ARNm , la localización del ARNm dendrítico y la síntesis de proteínas sinápticas . [9] Los estudios del síndrome del cromosoma X frágil han ayudado significativamente a comprender la funcionalidad de la FMRP a través de los efectos observados de la pérdida de FMRP en las neuronas. Un modelo de ratón de la ribonucleoproteína mensajera del cromosoma X frágil implicó la participación de la FMRP en la plasticidad sináptica . [10] La plasticidad sináptica requiere la producción de nuevas proteínas en respuesta a la activación de los receptores sinápticos . Se plantea la hipótesis de que la producción de proteínas en respuesta a la estimulación permite los cambios físicos permanentes y las conexiones sinápticas alteradas que están vinculadas con los procesos de aprendizaje y memoria.
La señalización del receptor de glutamato metabotrópico del grupo 1 (mGluR) se ha implicado en desempeñar un papel importante en la plasticidad sináptica dependiente de FMRP. La estimulación postsináptica de mGluR da como resultado la regulación positiva de la síntesis de proteínas a través de un sistema de segundo mensajero . [11] Un papel para mGluR en la plasticidad sináptica se evidencia además por la observación de la elongación de las espinas dendríticas después de la estimulación de mGluR. [12] Además, la activación de mGluR da como resultado la síntesis de FMRP cerca de las sinapsis . El FMRP producido se asocia con complejos polirribosomales después de la estimulación de mGluR, proponiendo la participación de la Ribonucleoproteína Mensajera del X Frágil en el proceso de traducción . Esto aboga además por un papel para FMRP en la síntesis de proteínas sinápticas y el crecimiento de las conexiones sinápticas. [13] La pérdida de FMRP da como resultado un fenotipo de espina dendrítica anormal . En concreto, la eliminación del gen FMR1 en una muestra de ratones dio lugar a un aumento del número de sinapsis espinales. [14]
Papel en la traducción
El mecanismo propuesto del efecto de FMRP sobre la plasticidad sináptica se basa en su papel como regulador negativo de la traducción. FMRP es una proteína de unión al ARN que se asocia con polirribosomas . [13] [15] Las capacidades de unión al ARN de FMRP dependen de sus dominios KH y cajas RGG . El dominio KH es un motivo conservado que caracteriza a muchas proteínas de unión al ARN. La mutagénesis de este dominio resultó en una unión deteriorada de FMRP al ARN. [16]
Se ha demostrado que la FMRP inhibe la traducción del ARNm. La mutación de la proteína FMRP resultó en la incapacidad de reprimir la traducción, a diferencia de su contraparte de tipo salvaje, que sí podía hacerlo. [17] Como se mencionó anteriormente, la estimulación de mGluR está asociada con mayores niveles de proteína FMRP. Además, la estimulación de mGluR resulta en mayores niveles de ARNm diana de FMRP. Un estudio encontró que los niveles basales de proteínas codificadas por estos ARNm diana estaban significativamente elevados y regulados incorrectamente en ratones deficientes en FMRP. [18]
La represión de la traducción por FMRP actúa inhibiendo el inicio de la traducción. FMRP se une directamente a CYFIP1 , que a su vez se une al factor de iniciación de la traducción eIF4E . El complejo FMRP-CYFIP1 prohíbe la iniciación dependiente de eIF4E, actuando así para reprimir la traducción. [19] Cuando se aplica al fenotipo observado en el síndrome del cromosoma X frágil, los niveles excesivos de proteína y la reducción del control de la traducción pueden explicarse por la pérdida de la represión de la traducción por FMRP en el síndrome del cromosoma X frágil. [19] [20] FMRP actúa para controlar la traducción de un gran grupo de ARNm objetivo; sin embargo, se desconoce el alcance del control de la traducción de FMRP. Se ha demostrado que la proteína reprime la traducción de ARNm objetivo en las sinapsis, incluidos los que codifican las proteínas citoesqueléticas Arc/Arg3.1 y MAP1B , y la quinasa CaM II . [21] Además, FMRP se une a los ARNm PSD-95 y GluR1/2. Es importante destacar que estos ARNm que se unen a FMRP desempeñan un papel significativo en la plasticidad neuronal.
Se ha demostrado que el control de la traducción de FMRP está regulado por la señalización de mGluR. La estimulación de mGluR puede dar como resultado el transporte de complejos de ARNm a las sinapsis para la síntesis local de proteínas. Se ha demostrado que los gránulos de FMRP se localizan con el ARNm de MAP1B y el ARN ribosómico en las dendritas, lo que sugiere que este complejo en su conjunto puede necesitar ser transportado a las dendritas para la síntesis local de proteínas. Además, se descubrió que los microtúbulos son un componente necesario para la translocación dependiente de mGluR de FMRP a las dendritas. [9] FMRP puede desempeñar un papel adicional en la síntesis local de proteínas al ayudar en la asociación de la carga de ARNm y los microtúbulos. [22] Por lo tanto, FMRP puede regular la eficacia del transporte, así como la represión de la traducción durante el transporte. Finalmente, la síntesis de FMRP, la ubiquitinación y la proteólisis ocurren rápidamente en respuesta a la señalización de mGluR, lo que sugiere un papel extremadamente dinámico del regulador de la traducción. [18]
Expresión genética
El gen FMR1 se encuentra en el cromosoma X y contiene un trinucleótido CGG repetido. En la mayoría de las personas, el segmento CGG se repite aproximadamente de 5 a 44 veces. Un mayor número de repeticiones del segmento CGG se asocia con un deterioro de la función cognitiva y reproductiva. Si una persona tiene entre 45 y 54 repeticiones, se considera la "zona gris" o riesgo límite, entre 55 y 200 repeticiones se denomina premutación y más de 200 repeticiones se considera una mutación completa del gen FMR1 según el Colegio Americano de Genética Médica y Genómica. [23] La primera secuencia de ADN completa de la expansión de repeticiones en alguien con la mutación completa fue generada por científicos en 2012 utilizando la secuenciación SMRT . [24] Este es un ejemplo de un trastorno de repetición de trinucleótidos . La expansión de repeticiones de trinucleótidos es probablemente una consecuencia del deslizamiento de la cadena durante la reparación del ADN o la replicación del ADN . [25]
FMRP es una proteína de unión a la cromatina que funciona en la respuesta al daño del ADN . [26] [27] FMRP ocupa sitios en los cromosomas meióticos y regula la dinámica de la maquinaria de respuesta al daño del ADN durante la espermatogénesis . [26]
El gen FMR1 se puede encontrar en el brazo largo (q) del cromosoma X en la posición 27.3, desde el par de bases 146.699.054 hasta el par de bases 146.738.156.
Condiciones relacionadas
Síndrome del cromosoma X frágil
Casi todos los casos de síndrome del cromosoma X frágil son causados por la expansión de la repetición del trinucleótido CGG en el gen FMR1 . En estos casos, CGG se repite de forma anormal de 200 a más de 1000 veces. Como resultado, esta parte del gen FMR1 se metila, lo que silencia el gen (se desactiva y no produce ninguna proteína). Sin una cantidad adecuada de FMR1, pueden desarrollarse discapacidades de aprendizaje graves o discapacidades intelectuales, junto con anomalías físicas que se observan en el síndrome del cromosoma X frágil.
Menos del 1% de todos los casos de síndrome del cromosoma X frágil son causados por mutaciones que eliminan parte o la totalidad del gen FMR1 , o cambian un par de bases, lo que provoca un cambio en uno de los aminoácidos del gen. Estas mutaciones alteran la forma tridimensional de FMRP o impiden que la proteína se sintetice, lo que provoca los signos y síntomas del síndrome del cromosoma X frágil.
Una secuencia CGG en el gen FMR1 que se repite entre 55 y 200 veces se describe como una premutación. Aunque la mayoría de las personas con la premutación son intelectualmente normales, algunas de estas personas tienen versiones leves de las características físicas que se observan en el síndrome del cromosoma X frágil (como orejas prominentes) y pueden experimentar problemas de salud mental como ansiedad o depresión.
Síndrome de temblor/ataxia asociado al cromosoma X frágil
Las premutaciones se asocian con un mayor riesgo de síndrome de temblor/ataxia asociado al cromosoma X frágil (FXTAS). El FXTAS se caracteriza por ataxia (pérdida de coordinación), temblor , pérdida de memoria , pérdida de sensibilidad en las extremidades inferiores ( neuropatía periférica ) y cambios mentales y conductuales. El trastorno suele desarrollarse en etapas tardías de la vida.
Envejecimiento ovárico prematuro
El gen FMR1 desempeña un papel muy importante en la función ovárica, independientemente de los efectos cognitivos o neurológicos. Las expansiones menores de repeticiones CGG que no causan el síndrome del cromosoma X frágil se asocian con un mayor riesgo de envejecimiento ovárico prematuro , también llamado insuficiencia ovárica primaria oculta, una afección en la que las mujeres agotan prematuramente su función ovárica. [28] [29] [30]
Síndrome de ovario poliquístico
Se ha descubierto que un subgenotipo muy específico de FMR1 está asociado con el síndrome de ovario poliquístico (SOP). La expresión del gen, denominada heterocigoto-normal/bajo, puede provocar una actividad folicular excesiva similar a la del SOP y una función ovárica hiperactiva cuando las mujeres son más jóvenes.
Interacciones
Se ha demostrado que FMR1 interactúa con:
- CYFIP1 , [31]
- CYFIP2 , [31] [32]
- FXR1 , [33] [34] y
- FXR2 , [33] [34] [35]
- NUFIP1 , [32] [36] y
- NUFIP2 . [32]
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