Resumen

Un nuevo inicio
para la síntesis
proteica
Resumen del artículo de Thomas E. Denver y
el artículo de Shelley R. Starck et al. en la
revista Science nº 336
Lucas Comeras Díez
08/12/2012
Resumen
Hasta ahora siempre se ha considerado que el codón de iniciación de la traducción tanto eucariota
como procariota es AUG, que codifica para la metionina. En un estudio reciente se ha descubierto que
en los linfocitos T citotóxicos se utiliza el codón CGU que codifica para la leucina como codón de
iniciación. En este proceso interviene el factor de iniciación eucariótico 2A. Además este iniciador se
utiliza cuando es necesaria la aportación de péptidos para la presentación antigénica en el MHC-I.
Introducción
A medida que la genética moderna ha avanzado y permitido el conocimiento de más y más
secuencias de DNA ha ido aumentando la necesidad de conocer los mecanismos por los que
este DNA pasa a formar proteínas.
En primer lugar la información genética se transcribe a un mRNA y este a su vez se traduce en
una cadena de aminoácidos (proteína). El paso de mRNA a proteínas se realiza mediante los
ribosomas tanto en procariotas como en eucariotas. Además este proceso lo pueden realizar
tanto los ribosomas adheridos al retículo endoplásmico rugoso como los ribosomas libres.
En bacterias el RNA es polirribosómico, es decir, varios ribosomas a traducen un mismo mRNA
a la vez. Sin embargo en eucariotas no es polirribosómico pero posee la estructura CAP en el
extremo 3’ y la cola de poli-A en el 5’. Esto plantea un problema, ¿Cómo reconoce el ribosoma
el ribonucleótido en el que debe empezar la traducción?
Hasta ahora, parecía claro que el AUG actúa como triplete de inicio de la traducción
produciendo que siempre el primer aminoácido de una proteína fuese una metionina. Pero en
un estudio reciente, se ha descubierto en los linfocitos T colaboradores que el codón CGU
también puede actuar como iniciador, por lo que la leucina sería el primer aminoácido de la
proteína.
Experimentos
Inhibidores de traducción
En primer lugar
se testaron
sustancias que podrían ser
inhibidoras de la traducción, tanto
en mRNA que tenía AUG como
codón de iniciación (AUG-YL8)
como en mRNA con CUG como
codón de iniciación (CUG-YL8).
Para ello se hacían toeprints para
comprobar la cantidad de proteína
que se producía ante la exposición
de las distintas sustancias.
Figura 1
Las sustancias que comprobaron fueron NSC119893, suramina, ATA y acriflavina, entre otros.
El NSC119893 inhibía la síntesis de AUG-YL8, ya que se trata de un compuesto que impide la
unión Met-tRNAiMet y el eIF2, al igual que el ATA y la suramina. Sin embargo, la acriflavina
inhibía más la síntesis de CUG-YL8 que la de AUG-YL8. Esto indica que estos componentes son
capaces de reconocer los ribosomas que reconocen CUG y los que reconocen AUG. FIGURA 1.
Comprobación de inhibidores en células in vivo
El siguiente experimento que realizaron en el
laboratorio tenía como objetivo analizar si en
células in vivo también se producía inhibición
ante los compuestos testados previamente. Para
ello primero se realizaba una transfección de
AUG-YL8 o de CUG-YL8 y se comprobaba la
actividad antigénca.
Como era de esperar las células con AUG-YL8
tenían un pico de MYL8 y al ser tratadas con
NSC119893 este se reducía pero al ser tratadas
con acriflavina, no variaba.
Figura 2
Sin embargo, las células transfectadas con CUG-YL8 presentaban dos picos uno de MYL8 y otro
de LYL8. Además al tratarlas con NSC119893 el pico de MYL8 disminuía y el de LYL8 se
mantenía, mientras que al tratarlas con acriflavina el pico de MYL8 se mantenía mientras que
el de LYL8 disminuía. FIGURA 2.
Este efecto no se limitaba a los precursores antigénicos ya que ocurría lo mismo con la
expresión de AUG-GFP y CUG-GFP. Como NSC119893 inhibe la síntesis global de proteínas se
deduce que CUG es independiente de Met-tRNAiMet ya que la cantidad de proteínas
sintetizadas es normal.
Células presentadoras de antígenos
Sé que comprobó que en células presentadoras de antígenos (APCs) también se pueden utilizar
tanto la iniciación con AUG como la iniciación con CUG, mediante un experimento que
consistía en utilizar células de ratón que tras una proteína con AUG como codón de iniciación
(W19) tenía insertado LYL8. Estás células se trataron con NSC119893 y se comprobó que la
cantidad de W19 disminuía lo mismo que al tratar con CHX (inhibidor de la elongación)
mientras que la cantidad de LYL8 se mantenía.
Esto indica que las APCs pueden utilizar distintos mecanismos para la presentación de
antígenos durante situaciones de silenciamiento de la traducción.
Células dendríticas maduras e inmaduras
En este experimento se realiza una comparación de la respuesta producida por la presentación
W19 y LYL8 entre células dendríticas inmaduras y células dendríticas maduras (expuestas a
lipopolisacaridos). Se observó que la exposición a LPS generaba un pequeño aumento en la
cantidad de W19 expuesto pero la cantidad de LYL8 aumentaba enormemente.
Esto evidencia que diferentes estímulos pueden producir cambios profundos en el aumento de
la traducción con codón CUG como iniciador.
Aislamiento
ribosomicos
y
análisis
de
complejos
En el laboratorio diseñaron un proceso
mediante el cual conseguían aislar los
componentes que forman parta del complejo
ribosómico, lo que permitió analizar los
componentes del mismo FIGURA 3
Se extrajeron y aislaron los componentes de
los complejos ribosómicos que se formaban
con un mRNA con AUG iniciador y los de un
mRNA con CUG iniciador. Una vez aislados se
realizó un Northern blot y se observaron las
bandas.
Figura 3
En el complejo del mRNA con AUG iniciador se observó una banda de 74-77 nucleótidos que
corresponde al Met-tRNA, pero en el complejo con del mRNA con CUG iniciador además de
esta banda, aparecía otra banda mayor correspondiente al Leu-tRNA.
Disminución de Met-tRNAiMet provoca el aumento de Leu-tRNA
El siguiente experimento que realizaron permitió afirmar que al bloquearse la actividad de la
Met-tRNAiMet la actividad de la Leu-tRNA aumenta. Para comprobar esto se utilizó una
sustancia bloqueadora de Met-tRNAiMet y se comprobó mediante un análisis de tRNA
microarray que cuando hay CUG como iniciador al añadir dicha sustancia la cantidad de MettRNAiMet disminuía pero la cantidad de Leu-tRNA aumentaba. FIGURA 4
Figura 4 1
El motivo por el que también aparece Thr-tRNA es que el siguiente codón es ACC que codifica
para una tirosina. El hecho de que ambos casos aparezca indica que el sitio A de los ribosomas
es competente para unir nuevos tRNA y seguir con la traducción.
Analisis con isoaceptores
Al analizar el ensamblaje de los ribosomas en presencia de Leu-tRNA-CAG y Leu-tRNA-UAG se
comprobó que este se inhibe en el caso de AUG pero no en el de CUG. Además se comprobó
que si se añade tRNA-depleted RRL, Leu-tRNA-CAG estimula la iniciación de CUG pero no la de
AUG, mientras que la adicción de tRNAs estimula ambas. Esto indica que una parte de los
ribosomas no están cargadas con tRNA y pueden recibir tanto Leu-tRNA-CAG como MettRNAiMet.
Leu-tRNA media en la traducción de precursores antigénicos
Utilizando una técnica de supresión con un codón de STOP y una sustancia Leu-tRNA
supresora. Unas células se transfectaron con UAG-YL8 mRNA en presencia y ausencia de LeutRNA supresores. Se observó que cuando el supresor estaba presente la célula expresaba LYL8
mientras que cuando no había tRNA supresores no aparecía. Esto confirma que Leu-tRNA
puede actuar como tRNA iniciador en células generadoras de precursores antigénicos.
Leu-tRNA y su transporte al sitio-P
La forma en la que Leu-tRNA es transportado al sitio-P no está claro. Se realizó un experimento
que consistió en analizar si se producía traducción o no, en células knockdown de eIF2D y
eIF2A (ambos factores que median en la iniciación de la traducción) en células con W19
(iniciado con AUG) y células con LYL8 (iniciado con CUG).
En las células knockdown de eIF2D no se alteraba la iniciación en ninguno de los dos casos, sin
embargo, en los eIF2A knockdown las células con W19 no eran afectadas mientras que las LYL8
eran parcialmente inhibidas.
Esto indica que al menos, el factor de iniciación eIF2A es necesario para la iniciación de
codones CUG.
Conclusión y opinión personal
De todos los experimentos de este artículo se concluye que el mecanismo de iniciación de a
traducción no es tan simple como se creía en un principio. Siempre se ha considerado que la
traducción del mRNA comienza en un AUG, pero en este artículo que se muestra que esto no
es así ya que el CUG también puede actuar como iniciador. Además se descarta que esto
pueda ocurrir por mutaciones en los tRNA por lo que este proceso constituye una vía de
traducción celular independiente del Met-tRNAiMet. Esto plantea muchas incógnitas, porque
aunque en este artículo se ha trabajado con CUG que codifica para leucina, hay una gran
cantidad de codones por estudiar de los que no se conocen mecanismos por lo que actúen
como codones de inicio de la traducción pero podrían existir.
Además en el artículo tampoco se describe el mecanismo completo por el que se realiza la
iniciación de la traducción mediante el codón CUG. Se describe que el factor de iniciación
eIF2A tiene un papel importante pero no se conoce cómo actúa o que otros factores de
iniciación y mecanismos intervienen en la iniciación mediante el codón CUG.
A nivel personal, me ha parecido un artículo muy interesante que me hace cuestionarme otras
cosas que se dan por sentadas, pero que también podrían tener otras variaciones, como la
terminación de la traducción. O posibles mecanismos que utilizar la célula a lo largo del ciclo
celular para cambiar la forma de iniciar la traducción, controlando así los genes que se
transcriben a lo largo del ciclo celular.
Tras leer este artículo a mí se me ocurren dos vías de investigación que podrían llevarse a
cabo. En primer lugar seguiría investigando sobre el mecanismo de iniciación con el codón
CUG, plantearía experimentos con otros factores de iniciación para comprobar cuales de los
factores de iniciación, presentes en el mecanismo de iniciación en el codón AUG, intervienen
en la iniciación con codón CUG y analizaría si hay factores de iniciación que utilice CUG y no
estén presentes en AUG.
Además plantearía otra línea de investigación dirigida a analizar si hay más codones de
iniciación además de AUG y CUG, esto supondría mucho trabajo para un solo grupo de
investigación ya que habría que tratar de observar este fenómeno in vitro y posteriormente
comprobar si en células in vivo también ocurre, pero podría exclarecer si el caso de CUG es
algo aislado o todos los codones pueden actuar de una forma u otra como iniciadores de la
traducción.
BIBLIOGRAFIA
Thomas E. Dever. A New Start for Protein Synthesis. Science 336, 1645 (2012); DOI:
10.1126/science.1224439
Shelley R. Starck et al. Leucine-tRNA Initiates at CUG Start Codons for Protein Synthesis and
Presentation by MHC Class I. Science 336, 1719 (2012); DOI: 10.1126/science.1220270