Share to: share facebook share twitter share wa share telegram print page

Elemento de resposta ao ferro

Non confundir con Sitio de entrada ao ribosoma interno ou IRES.
Representación tridimensional do elemento de resposta ao ferro (IRE). Trátase do IRE do ARNm da ferritina dunha ra en complexo co IRE de coello, procedente do Protein Data Bank entrada 2IPY.[1]
Estrutura secundaria predita e conservación de secuencia dun IRE.
Regulación do metabolismo do ferro polas IRE-BP.

En bioloxía molecular, o elemento de resposta ao ferro, elemento que responde ao ferro ou elemento sensible ao ferro, abreviado como IRE (do inglés Iron response element ou Iron-responsive element) é un segmento de certos ARNm con estrutura de talo-bucle que se une ás proteínas que responden ao ferro (IRPs, ou IRE-BP ou IRBP). Os IREs atópanse nas rexións non traducidas ou UTR de varios ARNms que codifican produtos implicados no metabolismo do ferro. Por exemplo, O ARNm da proteína ferritina (unha proteína que almacena ferro) contén un IRE no seu segmento 5' UTR. Cando a concentración de ferro é baixa, as IRPs únense ao IRE do ARNm da ferritina facendo que se reduza a frecuencia de tradución. Polo contrario, a unión a múltiples IREs da rexión 3' UTR do receptor da transferrina (implicado na captación de ferro) dá lugar a un incremento da estabilidade do ARNm.

O comportamento das distintas proteínas de resposta ao ferro (IRPs) é diferente. En condicións de niveis elevados de ferro no organismo humano, a IRP1 únese a un complexo de ferro e adopta unha conformación de aconitase que non permite a unión ao IRE. Polo contrario, a IRP2 degrádase cando hai altos niveis de ferro.[2] Hai variación na afinidade entre distintas IREs e diferentes IRPs.[3] Algúns IREs poden tamén ser afectados por un splicing alternativo.

Os IREs atópanse en diversos grupos taxonómicos excepto en plantas e bacterias.[4][5]

Estrutura

Os IREs son forquitas cun bucle terminal constante e talos con bases apareadas interrompidos por un bucle/avultamento interno (no ARNm da ferritina) ou por un avultamento C (na m-aconitase, no receptor da transferrina)[6]. A hélice superior dos IREs coñecidos mostra unha maior conservación da estrutura comparada coa da hélice inferior. As bases que compoñen as hélices son variables. A C do avultamento de metade do talo é unha característica moi distintiva (aínda que se viu nesa posición unha G no IRE da ferritina da lagosta de mar).[7] O bucle apical dos IREs coñecidos consiste nun triplete AGA ou AGU. Este está apertado por unhas G-C apareadas e hai ademais un U, C ou A que forman un avultamento na hélice superior. A estrutura cristalina e datos de resonancia magnética nuclear (NMR) mostran a presenza dun U que forma un avultamento no talo inferior do IRE da ferritina.[1][8] Isto está en consonancia coa estrutura secundaria predita. Nos IREs de moitos outros ARNm non hai datos que apoien a existencia deste U formando un avultamento. En consecuencia, creáronse dous modelos RFAM [9] para o IRE, un cun U avultado e outro sen el.

Exemplos

Entre os xenes que conteñen IREs están o FTH1,[10] o FTL,[11] o TFRC,[12] o ALAS2,[13] o Sdhb,[14] o AC02,[15] o Hao1,[16] o SLC11A2,[3] o NDUFS1,[17] o Slc40a1 [18] o CDC42BPA,[19] o CDC14A,[20] e o EPAS1.[21] Moitos destes xenes teñen papeis directos e claros no metabolismo do ferro. Outros mostran unha conexión menos obvia. O xene ACO2 codifica unha isomerase que cataliza a isomerizción reversible do citrato e isocitrato.[22] O xene EPAS1 codifica un factor de transcrición implicado nas rutas de detección de oxíxeno por medio da indución de xenes regulados polo oxíxeno en condicións de baixos niveis de oxíxeno.[23] O xene CDC42BPA codifica unha quinase cun papel na reorganización do citoesqueleto.[24] O xene CDC14A codifica unha fosfatase de especificidade dual implicada no control do ciclo celular[25] e tamén interacciona cos cromosomas na interfase.[26]

Notas

  1. ↑ 1,0 1,1 William E. Walden, Anna I. Selezneva, Jerome Dupuy, Anne Volbeda, Juan C. Fontecilla-Camps, Elizabeth C. Theil & Karl Volz (2006). "Structure of dual function iron regulatory protein 1 complexed with ferritin IRE-RNA". Science 314 (5807): 1903–1908. PMID 17185597. doi:10.1126/science.1133116. 
  2. ↑ Martina U. Muckenthaler, Bruno Galy & Matthias W. Hentze (2008). "Systemic iron homeostasis and the iron-responsive element/iron-regulatory protein (IRE/IRP) regulatory network". Annual review of nutrition 28: 197–213. PMID 18489257. doi:10.1146/annurev.nutr.28.061807.155521. 
  3. ↑ 3,0 3,1 H. Gunshin, C. R. Allerson, M. Polycarpou-Schwarz, A. Rofts, J. T. Rogers, F. Kishi, M. W. Hentze, T. A. Rouault, N. C. Andrews & M. A. Hediger (2001). "Iron-dependent regulation of the divalent metal ion transporter". FEBS letters 509 (2): 309–316. PMID 11741608. 
  4. ↑ Goss DJ, Theil EC. Iron responsive mRNAs: a family of Fe2+ sensitive riboregulators. Acc Chem Res. 2011 Dec 20;44(12):1320-8. doi: 10.1021/ar2001149. Epub 2011 Oct 25. Cita: "The evolutionarily refined IRE-RNAs, although absent in plants and bacteria, constitute a model system for 3-D mRNAs in all organisms". PMID 22026512 [1]
  5. ↑ R. Leipuviene & E. C. Theil (2007). "The family of iron responsive RNA structures regulated by changes in cellular iron and oxygen". Cellular and molecular life sciences 64 (22): 2945–2955. PMID 17849083. doi:10.1007/s00018-007-7198-4. 
  6. ↑ Ke Y, Wu J, Leibold EA, Walden WE, Theil EC. Loops and bulge/loops in iron-responsive element isoforms influence iron regulatory protein binding. Fine-tuning of mRNA regulation? J Biol Chem. 1998 Sep 11;273(37):23637-40 PMID 9726965. [2]
  7. ↑ T. S. Huang, O. Melefors, M. I. Lind & K. Soderhall (1999). "An atypical iron-responsive element (IRE) within crayfish ferritin mRNA and an iron regulatory protein 1 (IRP1)-like protein from crayfish hepatopancreas". Insect biochemistry and molecular biology 29 (1): 1–9. PMID 10070739. doi:10.1016/S0965-1748(98)00097-6. 
  8. ↑ K. J. Addess, J. P. Basilion, R. D. Klausner, T. A. Rouault & A. Pardi (1997). "Structure and dynamics of the iron responsive element RNA: implications for binding of the RNA by iron regulatory binding proteins". Journal of molecular biology 274 (1): 72–83. PMID 9398517. doi:10.1006/jmbi.1997.1377. 
  9. ↑ Stevens SG, Gardner PP, Brown C (2011). "Two covariance models for iron-responsive elements". RNA biology 8 (5). PMID 21881407. 
  10. ↑ M. W. Hentze, S. W. Caughman, T. A. Rouault, J. G. Barriocanal, A. Dancis, J. B. Harford & R. D. Klausner (1987). "Identification of the iron-responsive element for the translational regulation of human ferritin mRNA". Science 238 (4833): 1570–1573. PMID 3685996. doi:10.1126/science.3685996. 
  11. ↑ N. Aziz & H. N. Munro (1987). "Iron regulates ferritin mRNA translation through a segment of its 5' untranslated region". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 84 (23): 8478–8482. PMC 299567. PMID 3479802. 
  12. ↑ D. M. Koeller, J. L. Casey, M. W. Hentze, E. M. Gerhardt, L. N. Chan, R. D. Klausner & J. B. Harford (1989). "A cytosolic protein binds to structural elements within the iron regulatory region of the transferrin receptor mRNA". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 86 (10): 3574–3578. PMC 287180. PMID 2498873. 
  13. ↑ T. Dandekar, R. Stripecke, N. K. Gray, B. Goossen, A. Constable, H. E. Johansson & M. W. Hentze (1991). "Identification of a novel iron-responsive element in murine and human erythroid delta-aminolevulinic acid synthase mRNA". The EMBO journal 10 (7): 1903–1909. PMC 452865. PMID 2050126. 
  14. ↑ S. A. Kohler, B. R. Henderson & L. C. Kuhn (1995). "Succinate dehydrogenase b mRNA of Drosophila melanogaster has a functional iron-responsive element in its 5'-untranslated region". The Journal of biological chemistry 270 (51): 30781–30786. PMID 8530520. 
  15. ↑ N. K. Gray, K. Pantopoulos, T. Dandekar, B. A. Ackrell & M. W. Hentze (1996). "Translational regulation of mammalian and Drosophila citric acid cycle enzymes via iron-responsive elements". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 93 (10): 4925–4930. PMC 39381. PMID 8643505. 
  16. ↑ S. A. Kohler, E. Menotti & L. C. Kuhn (1999). "Molecular cloning of mouse glycolate oxidase. High evolutionary conservation and presence of an iron-responsive element-like sequence in the mRNA". The Journal of biological chemistry 274 (4): 2401–2407. PMID 9891009. 
  17. ↑ E. Lin, J. H. Graziano & G. A. Freyer (2001). "Regulation of the 75-kDa subunit of mitochondrial complex I by iron". The Journal of biological chemistry 276 (29): 27685–27692. PMID 11313346. doi:10.1074/jbc.M100941200. 
  18. ↑ Athina Lymboussaki, Elisa Pignatti, Giuliana Montosi, Cinzia Garuti, David J. Haile & Antonello Pietrangelo (2003). "The role of the iron responsive element in the control of ferroportin1/IREG1/MTP1 gene expression". Journal of hepatology 39 (5): 710–715. PMID 14568251. doi:10.1016/S0168-8278(03)00408-2. 
  19. ↑ Radek Cmejla, Jiri Petrak & Jana Cmejlova (2006). "A novel iron responsive element in the 3'UTR of human MRCKalpha". Biochemical and biophysical research communications 341 (1): 158–166. PMID 16412980. doi:10.1016/j.bbrc.2005.12.155. 
  20. ↑ Mayka Sanchez, Bruno Galy, Thomas Dandekar, Peter Bengert, Yevhen Vainshtein, Jens Stolte, Martina U. Muckenthaler & Matthias W. Hentze (2006). "Iron regulation and the cell cycle: identification of an iron-responsive element in the 3'-untranslated region of human cell division cycle 14A mRNA by a refined microarray-based screening strategy". The Journal of biological chemistry 281 (32): 22865–22874. PMID 16760464. doi:10.1074/jbc.M603876200. 
  21. ↑ Mayka Sanchez, Bruno Galy, Martina U. Muckenthaler & Matthias W. Hentze (2007). "Iron-regulatory proteins limit hypoxia-inducible factor-2alpha expression in iron deficiency". Nature Structural & Molecular Biology 14 (5): 420–426. PMID 17417656. doi:10.1038/nsmb1222. 
  22. ↑ M. J. Gruer, P. J. Artymiuk & J. R. Guest (1997). "The aconitase family: three structural variations on a common theme". Trends in Biochemical Sciences 22 (1): 3–6. PMID 9020582. doi:10.1016/S0968-0004(96)10069-4. 
  23. ↑ Amar J. Majmundar, Waihay J. Wong & M. Celeste Simon (2010). "Hypoxia-inducible factors and the response to hypoxic stress". Molecular cell 40 (2): 294–309. PMID 20965423. doi:10.1016/j.molcel.2010.09.022. 
  24. ↑ T. Leung, X. Q. Chen, I. Tan, E. Manser & L. Lim (1998). "Myotonic dystrophy kinase-related Cdc42-binding kinase acts as a Cdc42 effector in promoting cytoskeletal reorganization". Molecular and cellular biology 18 (1): 130–140. PMC 121465. PMID 9418861. 
  25. ↑ J. Bembenek & H. Yu (2001). "Regulation of the anaphase-promoting complex by the dual specificity phosphatase human Cdc14a". The Journal of biological chemistry 276 (51): 48237–48242. PMID 11598127. doi:10.1074/jbc.M108126200. 
  26. ↑ Niels Mailand, Claudia Lukas, Brett K. Kaiser, Peter K. Jackson, Jiri Bartek & Jiri Lukas (2002). "Deregulated human Cdc14A phosphatase disrupts centrosome separation and chromosome segregation". Nature cell biology 4 (4): 317–322. PMID 11901424. doi:10.1038/ncb777. 

Véxase tamén

Outros artigos

Ligazóns externas
Kembali kehalaman sebelumnya