Control traslacional y estabilidad del ARNm

Una vez que se produce un ARN mensajero, la cantidad de proteína que se genera a partir de este sigue dependiendo de la eficiencia con la que se traduce y del tiempo que sobrevive en la célula. El control de la traducción —principalmente en la etapa de iniciación— y la regulación de la estabilidad del ARN mensajero permiten, en conjunto, un ajuste rápido y reversible de la expresión génica sin modificar la transcripción.

Definition

El control traslacional y la estabilidad del ARN mensajero son los mecanismos postranscripcionales que regulan la velocidad a la que un transcrito existente se traduce en proteína y el tiempo que persiste antes de ser degradado.

Scope

Este tema abarca el control de la iniciación de la traducción por factores de iniciación y su modificación, el papel de las regiones no traducidas y las proteínas de unión a ARN, los determinantes de la vida media del ARN mensajero, incluyendo la desadenilación y las vías de degradación, y la influencia de los ARN pequeños en la traducción y la estabilidad del transcrito. Es un tema molecular mecanicista y no una guía clínica.

Core questions

• ¿Por qué regular la expresión génica después de que el ARN mensajero ya ha sido producido?
• ¿Cómo se controla la tasa de iniciación de la traducción?
• ¿Qué determina cuánto tiempo sobrevive un ARN mensajero en la célula?
• ¿Cómo las regiones no traducidas y los factores de unión a ARN ajustan la producción a partir de un solo transcrito?

Key concepts

• La iniciación de la traducción como principal paso de control
• Factores de iniciación eucariotas y su regulación
• Caperuza 5' y cola de poli(A) en la traducción eficiente
• Regiones no traducidas (UTRs 5' y 3')
• Proteínas de unión a ARN
• Desadenilación y vías de degradación del ARN mensajero
• Regulación por microARN

Mechanisms

La mayor parte del control traslacional se ejerce en la iniciación, cuando la subunidad ribosomal pequeña y el ARN de transferencia iniciador son reclutados al ARN mensajero por los factores de iniciación eucariotas. La regulación de la actividad de estos factores —por ejemplo, a través de la fosforilación que modula la disponibilidad del complejo de unión a la caperuza o del complejo ternario— cambia las tasas de traducción de forma global o selectiva. Las secuencias en las regiones no traducidas, reconocidas por proteínas de unión a ARN, pueden potenciar o reprimir aún más la traducción de transcritos específicos. Paralelamente, la estabilidad de un ARN mensajero establece el límite superior de la cantidad de proteína que puede producir; los transcritos suelen desestabilizarse por el acortamiento de la cola de poli(A) (desadenilación), seguido de la eliminación de la caperuza y la degradación exonucleolítica, con elementos en la región 3' no traducida que dirigen mensajes particulares para un recambio más rápido o más lento. Los ARN reguladores pequeños, como los microARN, se aparean con los transcritos diana para reprimir su traducción y promover su degradación, integrando estas dos capas de control.

Clinical relevance

La alteración del control traslacional y la estabilidad del ARN mensajero son características de las respuestas celulares al estrés, la señalización del crecimiento y el cáncer, y el tema sustenta cómo las células reprograman rápidamente la producción de proteínas. Esta entrada describe mecanismos con fines educativos y no constituye una base para el diagnóstico o tratamiento individual.

History

El reconocimiento de que la expresión génica se regula más allá de la transcripción creció a lo largo del siglo XX con el descubrimiento de los factores de iniciación, el mecanismo de iniciación dependiente de la caperuza y los elementos en las regiones no traducidas que controlan la estabilidad. Las revisiones de Sonenberg y Hinnebusch (2009) y Hinnebusch y Lorsch (2012) consolidaron el mecanismo y la regulación de la iniciación de la traducción eucariota, mientras que Bartel (2009) sintetizó cómo los microARN vinculan la represión traslacional con la degradación del transcrito.

Key figures

• Nahum Sonenberg
• Alan Hinnebusch
• David Bartel

Seminal works

• sonenberg-hinnebusch-2009
• hinnebusch-lorsch-2012
• bartel-2009

Frequently asked questions

¿Por qué controlar la traducción si la transcripción ya está regulada?

El control traslacional actúa sobre transcritos que ya existen, permitiendo a la célula cambiar la producción de proteínas de forma muy rápida y reversible —por ejemplo, durante el estrés— sin esperar una nueva transcripción.

¿Qué hace que un ARN mensajero sea más estable que otro?

La estabilidad está influenciada por la caperuza y la cola de poli(A) y por elementos de secuencia en las regiones no traducidas a los que se unen proteínas o ARN pequeños, que dirigen un transcrito para una desadenilación y degradación más rápida o más lenta.