Estudio bioinformático estructural del reconocimiento de ARN en el procesamiento de miARNs en plantas

Abstract

Los microARN (miARN) son moléculas de ARN pequeñas de 21 nucleótidos de longitud que se sintetizan en el núcleo por la ARN polimerasa II. En plantas, están involucrados en la regulación de procesos como el desarrollo, respuestas a estrés y respuestas a hormonas. La biogénesis de miARN comienza con la transcripción de precursores más largos con forma de hebilla dentro de los cuales está contenida su secuencia. Estos precursores son procesados por un complejo proteico formado por la proteína DICER-LIKE 1 (DCL1) junto a otras proteínas accesorias. Los precursores de plantas son sumamente heterogéneos. Sin embargo, la maquinaria de procesamiento, es capaz de liberar con precisión el miARN.En el presente trabajo se realizó un estudio del mecanismo de procesamiento de los precursores de miARN a través de técnicas de simulación computacional. Para ello, se analizaron distintos agentes participantes del proceso: el precursor de miARN, el dominio de unión a ARN de doble hebra de DCL1 (DCL1-1) y los dominios RIIID de DCL1 en los cuales transcurre la reacción de digestión del ARN.La creación de una estructura de un complejo entre DCL1-1 y un ARN de doble hebra (ARNdh) permitió detectar las diferencias entre este dominio y otros similares de diferentes proteínas. El análisis de las simulaciones de dinámica molecular permitió establecer algunos de los elementos principales que le permiten al dominio DCL1-1 identificar al precursor de miARN. Principalmente, se halló que el residuo Arg8 es un residuo importante en este proceso ya que puede reconocer pares de bases no canónicos en el ARNdh objetivo y anclar el dominio en una posición específica del mismo. Estos hallazgos fueron validados experimentalmente.El modelado de diferentes pares de base en la secuencia de dos precursores de miARN permitió establecer el efecto que las mismas tienen sobre la estructura del ARNdh. Se encontró que los pares de bases no canónicos tienen comportamientos heterogéneos con diferentes grados de estabilidad y de interacción entre las bases. Los resultados hallados permiten explicar las diferencias de procesamiento en experimentos de mutación de precursores de miARN.El funcionamiento de los dominios RIIID se estudió a través de la proteína RNasa III bacteriana. Por medio de técnicas de modelado molecular, se construyó el complejo de este dominio con un ARNdh y se realizaron simulaciones de dinámica molecular dirigida a fin de recrear la reacción de hidrólisis sobre su grupo fosfato. Estos experimentos permitieron obtener información sobre el rol que juegan los diferentes elementos que componen el sitio activo: los iones de Mg2+, el nucleófilo, los residuos y las moléculas de solvente cercanas. Se halló que las moléculas de agua vecinas al sitio activo tienen una participación en la reacción al mediar en las transferencias de protones. Por otro lado, se reveló que el nucleófilo no es una molécula de agua, sino un ion hidroxilo. Finalmente, se encontró que los iones catalíticos tienen la capacidad de facilitar la deprotonación de una de las moléculas de agua coordinadas para generar el ion hidroxilo en una posición apropiada para el ataque nucleofílico.