Procesamento do ARN

Nos procariotas o ARNm non sofre modificacións e pode traducirse directamente (ás veces mesmo empeza a traducirse por un extremo cando o outro extremo aínda non completou a transcrición). Ao contrairo, nos eucariotas o ARNm sofre grandes modificacións no núcleo antes de ir ao citoplasma para iniciar a tradución. Nos eucariotas, a molécula de pre-ARNm sofre tres modificacións principais, que son: formación da carapucha 5' (ou 5' capping), poliadenilación, e splicing ou empalme, que ocorren no núcleo celular antes de que o ARN sexa traducido.^[2]

A formación da carapucha 5' ou capping no pre-ARNm é a adición dunha molécula de 7-metilguanosina (m⁷G) ao extremo 5' do ARN. Para facelo, primeiro hai que eliminar o 5' fosfato terminal, o cal faise coa axuda dun encima fosfatase. Despois, o encima guanosil transferase cataliza a reacción, que produce o extremo 5' difosfato. Despois, este difosfato ataca o átomo de fósforo gamma da molécula de GTP (que perde dous fosfatos) para engadir o residuo de GMP formando un enlace 5'5' trifosfato. O encima (guanina-N⁷-)-metiltransferase ("cap MTase") transfire un grupo metilo desde a S-adenosil metionina ao anel de guanina.^[3] Este tipo de carapucha ou cap, que simplemente ten a (m⁷G) en posición denomínase estrutura cap 0. A ribosa do nucleótido adxacente pode tamén ser metilada para dar unha cap 1. A metilación de nucleótidos augas abaixo da molécula de ARN produce as estruturas cap 2, cap 3 e así sucesivamente. En todos estes casos os grupos metilo engádense aos grupos 2' OH do azucre ribosa. A carapucha 5' protexe o extremo 5' do transcrito primario de ARN do ataque das ribonucleases que teñen especificidade para enlaces fosfodiéster 3'-5'.^[4]

O procesamento do pre-ARNm no extremo 3' da molécula de ARN implica a clivaxe (corte) do seu extremo 3' e despois a adición duns 200 residuos de AMP para formar a chamada cola poli(A). As reaccións de clivaxe e adenilación ocorren se cerca do extremo 3' do ARN está localizadaa unha secuencia sinal de poliadenilación (5'-AAUAAA-3'), a cal vai seguida doutra secuencia, xeralmente a 5'-CA-3'. O segundo sinal é o sitio de clivaxe. Unha secuencia rica en GU tamén adoita estar presente no ARN un pouco máis augas abaixo. Despois, dúas proteínas de múltiples subunidades chamadas factor de especificidade de poliadenilación e clivaxe (CPSF) e factor de estimulación da clivaxe (CstF) transfírense desde a ARN polimerase II á molécula de ARN. Os dous factores únense aos elementos de secuencia do ARN. Fórmase un complexo proteico que contén factores de clivaxe adicionais e o encima poliadenilato polimerase (PAP). Este complexo cliva o ARN entre a secuencia de poliadenilación e a secuencia rica en GU no sitio de clivaxe marcado polas secuencias 5'-CA-3'. Despois, a poli(A) polimerase engade unhas 200 unidades de AMP ao novo extremo 3' do ARN utilizando como precursor moléculas de ATP. A medida que se sintetiza a cola poli(A), únense a ela moitas copias da proteína de unión ao poli(A), as cales protexen o extremo 3' da dixestión polas ribonucleases.^[5]

O splicing ou empalme do ARN é o proceso mediante o cal se eliminan os intróns (rexións que non codifican secuencias proteicas) do pre-ARNm, deixando só os exóns (rexións codificantes), que son conectadas para volver a formar unha soa molécula continua de ARN. Aínda que a maior parte do splicing do ARN ocorre despois da síntese completa da molécula de pre-ARNm e do 5'-capping, os transcritos con moitos exóns poden ser empalmados cotranscricionalmente.^[6] A reacción de splicing está catalizada por un grande complexo proteico chamado espliceosoma, que é unha ensamblaxe de proteínas e moléculas de ARN nuclear pequeno que recoñecen os sitios de empalme na secuencia do pre-ARNm. Moitos pre-ARNm, entre os cales están os que codifican os anticorpos, poden sen empalmados de diversas maneiras, producindo diferentes ARNm maduros, que codifican diferentes secuencias de proteínas (diferentes anticorpos no exemplo), mediante un proceso que se coñece como splicing alternativo, e permite a produción dunha gran variedade de proteínas a partir dunha limitada cantidade de ADN.

Nos procariotas hai sete xenes para os ARNr, cada un dos cales orixina un ARN precursor de 30S, que contén os tres tipos de ARNr (de 23, 16 e 5S) e mesmo algúns ARNt, separados por secuencias espazadoras. Este transcrito longo despois é cortado para dar os ARNr definitivos, proceso chamado trimming (recorte), que realizan os encimas ribonuclease P e ribonuclease III.^[7]

Nos eucariotas o proceso é similar, pero aquí a molécula precursora é de 45S (contén só tres ARNr de 28, 18 e 5,8S, pero non o ARNr 5S, que se transcribe á parte, nin ARNt). Os eucariotas teñen centos de xenes de ARNr precursor de 45S, que se transcriben no nucléolo pola ARN polimerase I. Despois unha clivaxe endonucleolítica separa os ARNr e elimina os espazadores que hai entre eles. Nos eucariotas o ARNr 5,8S establece apareamento de bases co de 28S cando se liberan e forman as subunidades do ribosoma.^[7]

As modificacións postranscricionais que sofre un ARNr poden afectar tamén a modificacións de bases, e danse en eucariotas e procariotas. Poden ser de tres tipos básicos: metilación de bases, metilación de ribosas, e pseudouridilación. A metilación de bases ocorre en rexións conservadas do ARN; na subunidade menor ribosómica procariota esta metilación non é esencial, pero mellora a eficiencia da tradución^[8]. A metilación das ribosas ocorre sempre no carbono 2' e é moito máis frecuente en eucariotas que en bacterias, pero na arquea Sulfolobus solfataricus é comparable á de eucariotas^[9]; a metilación de ribosas non é esencial para o funcionamento do ARN, pero as mutacións que a impiden en microorganismos afectan ao crecemento^[10]. A pseudouridilación (introdución de pseudouridina ou Ψ) é común en eucariotas e máis rara en procariotas.

Onde mellor estudadas están estas modificacións é en Escherichia coli, onde se atoparon 11 sitios de modificación no ARNr de 16S, 24 no de 23S e ningún no de 5S.^[11][12]

Os xenes dos ARNr dalgúns eucariotas e procariotas conteñen intróns.^[13]

Os ARNt en procariotas orixínanse como longos transcritos que conteñen varios ARNt, que despois son cortados dando os ARNt definitivos. Os xenes dos ARNt están agrupados no xenoma e os transcritos iniciais conteñen de dous a sete ARNt (tamén no transcrito inicial dos ARNr poden ir contidos algúns ARNt en procariotas). As ribonucleases P (que actúa no extremo 5') e D (que actúa no 3') cortan os transcritos liberando os distintos ARNt. No extremo 3' córtase unha estrutura en talo-bucle e ás veces elimínase parte dos nucleótidos que están adxacentes á secuencia CAA característica dos ARNt ou a propia secuencia. Despois, engádese no extremo 3' a secuencia CCA nos ARNt que a perderon na clivaxe anterior, do que se encarga a ARNt nucleotidil transferase. Despois, o ARNt sofre unha modificación das súas bases, maiormente metilacións, pero tamén tiolacións e transformación da uracilo en dihidrouracilo ou en pseudouracilo.^[7][14] Nos eucariotas, o ARNt tamén se forma como un longo precursor que despois é clivado de forma similar aos procariotas. Nos mamíferos, a metilación do ARNt precursor parece que ocorre no núcleo, pero a clivaxe e a unión da secuencia CAA é citoplasmática.^[15] Nos mamíferos foron estudadas tamén as modificacións de bases nos ARNt mitocondriais.^[16][17] Nos eucariotas algúns xenes de ARNt conteñen intróns, que son eliminados durante o seu procesamento, por exemplo, en lévedos en 10 ARNt hai que eliminar intróns durante o seu procesamento.

Outros ARN pequenos da célula sofren tamén un procesamento nos eucariotas. Por exemplo, os microARN (miARN) transcríbense inicialmente en forma de pre-miARN de 70 nucleótidos con 5'-cap e cola de poli(A) e teñen forma de talo-bucle e no seu procesamento intervén o encima Drosha e a proteína Pasha, que actúan no núcleo. Despois o procesamento continúao no citoplasma a endonuclease Dicer, que dá lugar ao miARN maduro.

Unha vez que realizou a súa función, o ARN é degradado encimaticamente, por exemplo por complexos encimáticos como o exosoma (en eucariotas e arqueas) e o degradosoma (en bacterias). Outras nucleases poden destruír tamén o ARN. O exosoma intervén tamén no núcleo no procesamento de ARN nuclear pequeno, ARN nucleolar pequeno e do ARNr 5,8S.^[18]

• Berg, Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2007). Biochemistry (6 ed.). Nova York: WH Freeman & Co. ISBN 0-7167-6766-X. 
• Hames, David; Hooper, Nigel (2006). Instant Notes Biochemistry (3 ed.). Leeds: Taylor and Francis. ISBN 0-415-36778-6. 

• pre-ARNm
• edición do ARN
• RNA-Seq
• exosoma (complexo)

• Post-Transcriptional RNA Modification Medical Subject Headings (MeSH) na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.