ARN espliceosómico U2

Los snRNA espliceosomales U2 son una especie de moléculas de ARN nuclear pequeño ( snRNA ) que se encuentran en la maquinaria espliceosómica principal (Sm) de prácticamente todos los organismos eucariotas. In vivo , el snRNA U2 junto con sus polipéptidos asociados se ensamblan para producir la ribonucleoproteína nuclear pequeña U2 ( snRNP ), un componente esencial del complejo espliceosómico principal. ^{[ 1 ]} La vía de empalme espliceosómica principal se denomina ocasionalmente dependiente de U2, basándose en una clase de intrón Sm —que se encuentra en los transcritos primarios de ARNm— que son reconocidos exclusivamente por la snRNP U2 durante las primeras etapas del ensamblaje espliceosómico. ^{[ 2 ]} Además del reconocimiento de intrones dependiente de U2, se ha teorizado que el snRNA U2 también desempeña un papel catalítico en la química del empalme del pre-ARN. ^{[ 3 ] [ 4 ]} De forma similar a los ARN ribosómicos ( ARNr ), los ARNsn Sm deben mediar tanto los contactos ARN:ARN como ARN:proteína y, por lo tanto, han desarrollado elementos estructurales primarios y secundarios especializados y altamente conservados para facilitar este tipo de interacciones. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Poco después del descubrimiento de que los transcritos primarios de ARNm contienen secuencias intervinientes largas no codificantes ( intrones ) por Sharp y Roberts , ^{[ 7 ] [ 8 ]} Joan Steitz comenzó a trabajar para caracterizar el mecanismo bioquímico de la escisión de intrones. ^{[ 9 ]} La curiosa observación de que una secuencia encontrada en la región 5' del ARNsn U1 exhibía una extensa complementariedad de apareamiento de bases con secuencias conservadas a través de las uniones de empalme 5' en los transcritos de ARNhn provocó la especulación de que ciertos ARNsn podrían estar involucrados en el reconocimiento de los límites de los sitios de empalme a través de contactos ARN:ARN. ^{[ 9 ]} Solo recientemente las estructuras de cristales atómicos han revelado demostrablemente que la conjetura original era correcta, incluso si la complejidad de estas interacciones no se comprendía completamente en ese momento. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 10 ]}

En Saccharomyces cerevisiae, el ARNsn U2 se asocia con 18 polipéptidos , siete de los cuales son proteínas estructurales comunes a todas las snRNP de clase Sm. ^{[ 11 ]} Estas proteínas estructurales no específicas se asocian con los ARNsn Sm a través de una secuencia de reconocimiento altamente conservada (AU _n G, n = 4-6) ubicada dentro del ARN, denominada sitios de unión a Sm. ^{[ 12 ]} Otras dos proteínas, A´ y B´´, son específicas de U2 y requieren elementos estructurales únicos del ARNsn U2 —específicamente dos bucles de tallo 3´— para el ensamblaje de la snRNP. ^{[ 11 ]} Los complejos proteicos SF3a de tres subunidades y SF3b de seis subunidades también se asocian con el ARNsn U2. ^{[ 13 ]}

El ARNsn U2 está implicado en el reconocimiento de intrones a través de una secuencia de 7-12 nucleótidos entre 18-40 nucleótidos aguas arriba del sitio de empalme 3´ conocida como secuencia de punto de ramificación (BPS). ^{[ 1 ] [ 2 ]} En levadura , la BPS consenso tiene 7 residuos de nucleótidos de longitud y la secuencia de reconocimiento complementaria dentro del ARNsn U2 tiene 6 nucleótidos. La formación de dúplex entre estas dos secuencias da como resultado el abultamiento de un residuo de adenosina conservado en la posición 5 de la BPS. El residuo de adenosina abultado adopta una conformación C3´-endo ^{[ 14 ]} que con la ayuda de los factores de empalme Cwc25, Yju2 e Isy1 alinea un 2´ OH para un ataque en línea de un átomo de fósforo en el sitio de empalme 5´. ^{[ 15 ]} El ataque nucleofílico inicia la primera de dos reacciones sucesivas de transesterificación que eliminan el intrón, a través de un intermedio lazo inusual unido 2´-5´-3´, donde la segunda transesterificación implica la ligación de los dos exones flanqueantes.

Aunque la longitud de la secuencia de los snRNA U2 puede variar hasta en un orden de magnitud en todos los organismos eucariotas , todos los snRNA U2 contienen muchas regiones filogenéticamente constantes, particularmente dentro de los primeros 80 nucleótidos corriente abajo del extremo 5', donde el 85% de las posiciones están conservadas. ^{[ 16 ]} Además, varios elementos estructurales secundarios también están conservados, incluyendo los bucles de tallo I, II, III, IV y algunas de las regiones de cadena simple que unen estos dominios. ^{[ 16 ] [ 17 ]} El bucle de tallo II en el snRNA U2 de levadura contiene un par de bases GA cizallado inusual que conduce a un motivo de bucle de giro en U característico que comparte una conformación geométrica similar a la de los bucles anticodón del ARNt . ^{[ 5 ]} Todos los snRNA U2 poseen un bucle de tallo terminal (IV) con una hélice de 10-16 pares de bases y un bucle conservado de 11 nucleótidos con la secuencia consenso 5´-UYGCANUURYN-3´. ^{[ 16 ]}

Los ARNsn U2 son los ARN nucleares pequeños más modificados. ^{[ 18 ]} Si bien la ubicación exacta de estas modificaciones postranscripcionales puede variar de un organismo a otro, la evidencia emergente sugiere una fuerte correlación entre la modificación del ARNsn U2 y la función biológica. ^{[ 18 ]} Las modificaciones incluyen la conversión de algunos residuos de uridina a pseudouridina , 2´-O-metilación, metilación de nucleobases y conversión de la tapa de guanosina 5´-monometilada a una tapa de guanosina 2,2,7-trimetilada. ^{[ 18 ]} Muchas de estas modificaciones residen en una región de 27 nucleótidos en el extremo 5´ de la molécula. ^{[ 18 ]}

El espliceosoma es una máquina molecular dinámica que experimenta varios reordenamientos conformacionales durante el ensamblaje y el empalme. Aunque muchos de los detalles bioquímicos que rodean los reordenamientos del espliceosoma siguen sin estar claros, estudios recientes han visualizado la formación de un complejo de plegamiento crítico entre los snRNA U2 y U6 inmediatamente antes del primer paso de la reacción de empalme. ^{[ 19 ] [ 6 ]} Este evento de plegamiento facilita la formación de una unión de cuatro hélices, que se cree que proporciona andamiaje para los componentes críticos del sitio activo, incluyendo la alineación del sitio de empalme 5´ con la adenosina del punto de ramificación para el ataque en línea del 2´ OH y la coordinación de dos iones Mg ²⁺ para estabilizar la formación de carga negativa en los pasos subsiguientes. ^{[ 19 ]}

Una característica notable del pliegue U2-U6 es su similitud estructural con la del dominio V en los intrones del grupo II de autoescisión . ^{[ 6 ] [ 3 ]} La tríada AGC encontrada en el snRNA U6 se conserva en los intrones del grupo II y se ha encontrado que favorece las mismas interacciones de apilamiento terciario. ^{[ 6 ]} La formación de un par de balanceo GU temprano en el evento de plegamiento U2-U6 también se observa en la formación del núcleo catalítico de los intrones del grupo II. ^{[ 19 ]} Finalmente, es probable que el espliceosoma utilice el mismo mecanismo de dos iones metálicos que los intrones del grupo II dada la conservación estructural de los sitios de unión de metales encontrados dentro del pliegue U2-U6. ^{[ 3 ]} El grado de conservación de la estructura secundaria y terciaria entre los intrones del grupo II y el pliegue U2-U6 en el sitio activo del espliceosoma sugiere fuertemente que tanto los intrones del grupo II como el espliceosoma comparten un origen evolutivo común.

Las variantes heterocigotas específicas en RNU2-2 , un gen que codifica uno de los homólogos funcionales del ARN espliceosómico U2 en humanos, causan una encefalopatía epiléptica y del desarrollo autosómica dominante , también llamada síndrome de RNU2-2 . ^{[ 20 ]}

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