Viquipèdia

NELF

El NELF, també conegut com a Factor d'Elongació Negativa (de l'anglès: Negative Elongation Factor), és un complex proteic compost per quatre proteïnes (NELF-A, NELF-B, NELF-C/D i NELF-E) encarregat de posar en pausa la transcripció de l'ARN polimerasa II en la fase d'elongació. En regular la transcripció, el complex NELF es localitza al nucli cel·lular i està implicat en les respostes davant l’estrès cel·lular, en la modificació de la taxa de transcripció del gens d'expressió ràpida (IEG) i en l’aparició de malalties immunitàries i càncers.

Funció

modifica

NELF es classifica com un mediador de la pausa proximal del promotor (promoter proximal pausing) de l'ARN pol II durant l'elongació primerenca, un mecanisme regulador de gens encarregat de reprimir l'allargament del transcrit de l'ARN pol II en la posició 20-40 nucleòtids més enllà de la regió promotora (o TSS, de l'anglès transcription start site), que està vinculada a la TBP (proteina d’unió a TATA o TATA binding protein).

NELF junt amb DSIF (DRB Sensitivity Inducing Factor, que és un heterodímer format per Spt4 i Spt5)[1] forma un complex estable anomenat NTEF, que s'uneix a l'ARN pol II per dur a terme la seva funció.[2] El complex NTEF és capaç de frenar o alentir la velocitat de l'allargament del transcrit i de fer que la polimerasa resideixi més temps als llocs de pausa o pause sites.[3]

 
Esquema del complex format per NELF, DSIF i ARN pol II, que constitueix un punt de control a la transcripció.

A part, alguns factors d'elongació positius com ELL, TFIIF i TFIIS limiten el temps de pausa de l'ARN polimerasa II,[4] contrarestant parcialment l'efecte bloquejador de NELF, i així estimulen la taxa d'elongació.

En essència, el propòsit principal del complex NELF és proporcionar-li més temps a la cèl·lula per a dur a terme processos de la transcripció. Per exemple, en l'encaputxament de l'extrem 5' de l'ARN missatger, la presència de NELF permet una pausa per reclutar d'enzims de protecció que defensin l'ARNm de la degradació per enzims hidrolítics i que en facilitin el transport.[5]

Estructura

modifica

NELF és un complex modular, flexible i multivalent que presenta molts punts d’interacció, tant per unions externes amb àcids nucleics com internes per associar les proteïnes que el conformen.[6] Cada subunitat del complex NELF se sintetitza a partir d'ARN missatger diferent, i en Homo sapiens es classifiquen de la següent manera:

Taula de classificació de les subunitats del complex NELF (en humans):
Subunitat Estructura en humans Gen que la codifica Localització (Locus del gen humà) RefSeq (ARNm)
NELF-A

Proteïna:Q9H3P2

 
Estructura tridimensional de la subunitat NELF-A en humans
 WHSC2 (candidat 2 a la síndrome de Wolf-Hirschhorn), P/OKcl.15 Cromosoma 4: 1.98 – 2.04 Mb NM_005663
NELF-B

Proteïna:Q8WX92

 
Estructura tridimensional de la subunitat NELF-B en humans
 COBRA1, KIAA1182 Cromosoma 9: q34.3 XP_001133009
NELF-C/D

Proteïna:Q8IXH7

 
Estructura tridimensional de la subunitat NELF-D en humans
 TH1, TH1L, HSPC130 Cromosoma 20 q13.32 NP_945327
NELF-E

Proteïna:P18615

 
Estructura tridimensional de la subunitat NELF-E en humans
 RD, RDBP Cromosoma 6: 6p21.33

Complex principal d'histocompatibilitat (MHC clase III)

NM_002904

NELF-A i NELF-C

modifica

Les subunitats NELF-A i NELF-C formen el complex estable NELF-AC mitjançant la unió de la regió N-terminal de NELF-A amb els aminoàcids 183-590 de NELF-C.[7] El grup NELF-B s'uneix a aquest complex a través de les seves regions terminals N- i C-. A la vegada, aquests extrems són utilitzats per l’adhesió de NELF-E, el qual queda saturat per l’extrem N-terminal. D'altra banda, el contacte entre els grups E i C també causa la formació d’enllaços entre dues lisines de NELF-C i el domini RRM (RNA recognition motif) de NELF-E.

L’anàlisi de la superfície del complex NELF-AC ha determinat que les interaccions amb les subunitats B i E tenen lloc a una sola cara. A l’altra cara de NELF-AC s'ha trobat quatre pegats d’aminoàcids carregats positivament. Actualment, es creu que aquests pegats serien els responsables de la unió de NELF a les seqüències de l'ARN polimerasa II. A més a més, la descoberta del fet que NELF-A és altament susceptible a la proteòlisi (procés necessari per a la inhibició de NELF amb P-TEFb) també dona suport a aquesta teoria.[8]

NELF-B

modifica

El complex NELF-B, més conegut com a cofactor BRCA1, té un paper rellevant en la transcripció de teixits,[9] més concretament en la dels involucrats en l’aparició de l'hepatocarcinoma (CHC), el càncer de fetge més comú. Diversos estudis han demostrat que la repressió de NELF-B inhibeix la proliferació i la migració de les cèl·lules responsables d'aquest càncer mitjançant el bloqueig de Ki-67 i de la survivina (marcadors de la proliferació i de la inhibició de l’apoptosi, respectivament). El silenciament de NELF-B també dona lloc a una disminució important dels nivells d’expressió dels marcadors de la transició epitelial-mesènquima (EMT) com la N-cadherina, la vimentina i la β-catenina. En contrast, la sobreexpressió del complex no implica cap efecte en els processos cancerígens. Per tant, és evident que quan NELF-B està activat es potencia la manifestació dels aspectes distintius del CHC. Actualment, s’estima que un nombre significatiu de càncers puguin estar relacionats amb l’acció de NELF-B.[10][11]

NELF-C/D

modifica

Les subunitats NELF-C i NELF-D són químicament molt similars i estan relacionades entre si. Es va arribar a aquesta conclusió l'any 2003 quan es van trobar tres seqüències peptídiques al NELF-C i quatre al NELF-D que coincidien amb parts de la proteïna TH1 humana. Aquesta darrera és codificada per un conjunt de gens localitzats en el cromosoma 20 humà (en posició 20q13.32). La funció d'aquestes molècules dins el NELF és encara desconeguda.[8] Cada complex conté una subunitat NELF-C o NELF-D, però mai posseeix les dues alhora.

NELF-E

modifica

La subunitat NELF-E facilita la pausa de la transcripció d'ARN polimerasa II mitjançant la seva associació amb el nou ARN transcrit. Els seus residus són bàsics i àcids (alternats), principalment arginina (R) i àcid aspàrtic (D). Amb tot això, NELF-E conté un motiu de reconeixement d'ARN conservat (RRM o RNA Recognition Motif) al seu element d'unió (NBE o NELF-E binding element). Per exemple, NELF-E s'unirà en drosòfiles als segments d'ARN reconeguts com a CUGAGGA(U), i no a altres seqüències.[12]

Funció en situacions d'estrès cel·lular

modifica
 
Representació dels components de NELF en situacions d'estrès en comparació amb l'estat d'aquests en condicions normals

Davant situacions d’estrès cel·lular, el metabolisme humà alenteix l'allargament productiu de cadenes d'ARN complementari i la traducció dels gens per promoure la supervivència de les cèl·lules. Per fer això, NELF és reclutat als promotors dels gens perquè impedeixi l’elongació de l’ARN polimerasa II. Al mateix temps, el complex NELF ha de patir una condensació per realitzar la seva funció.

La formació d’aquests condensats està dividida en dos passos: la desfosforilació de NELF i la SUMOilació induïda per l’estrès. El primer pas succeeix als anomenats tentacles desordenats de les subunitats NELF-A i NELF-E, mentre que el segon pas consisteix en la unió covalent de proteïnes a diversos complexos moleculars, que en captar els pèptids s’uneixen a NELF i permeten la seva condensació.

Donada la complexitat del procés, que necessita la intervenció de molts substrats, aquest es defineix com una cascada d’esdeveniments que només tenen lloc quan les diferents vies de senyalització convergeixen correctament en NELF. Per tal d'aconseguir-ho, la senyalització de la quinasa p38 és crucial, ja que facilita la comunicació entre les diferents reaccions.

Per altra part, la inhibició aguda de la traducció per estrès disminueix l’eficàcia d’aquesta estratègia de supervivència cel·lular[13] i afecta negativament a l’augment del nombre de complexos NELF necessaris per dur-la a terme.

Funció en el control transcripcional

modifica
 
Esquema on s'observa la fosforilació de DSIF i NELFs, donant lloc a l'alliberament de pol II en pausa.

Per controlar específicament la pausa de la transcripció de l'ARN pol II, moderada per NELF als gens codificants, les subunitats del complex (NELF-A, NELF-B, NELF-C/D i NELF-E) s'associen amb les subunitats d'INTScom (complex integrador).[14] La naturalesa de les subunitats INTScom que interaccionen amb NELF no depèn de l'ARN ni de l'ADN que estigui involucrat al procés.

Però el complex NELF no només té una funció de pausa, sinó que també manté l'ARN polimerasa II en el seu estat pausat, evitant el seu lliscament per impedir que acabi la transcripció. La proteïna GRINL1A (també anomenada Gdown1) ajuda a NELF en aquesta tasca, ja que inhibeix la unió de la proteïna TTF2 (un factor de terminació de la transcripció) a la polimerasa que està en pausa, senyalitzant així que la polimerasa està activa i no lliure per a la terminació. AFC1 és un altre factor d'allargament implicat en la congelació de la conformació de l'ARN polimerasa II.

Aquesta pausa o interrupció finalitza quan l'ARN polimerasa II rep un senyal d'activació, el qual es presenta com la fosforilació per P-TEFb[15] de la subunitat Spt5 de DSIF[16][17] i de Ser-2 del CTD (domini C-terminal) de l'ARN polimerasa II. Llavors el complex es dissocia i NELF i DSIF se separen, inhibint-se el seu efecte negatiu.

La importància de NELF sorgeix del fet que permet regular amb precisió l'alliberament de l'ARN polimerasa II, i gràcies a això la cèl·lula assegura que els gens s'expressen en el moment adequat.

Funció en la resposta inflamatòria

modifica

Abans de la transcripció dels gens que codifiquen la formació de cèl·lules del sistema immunitari com els macròfags, és necessari el reclutament de l’ARN polimerasa II. Com que NELF és un complex que es pot trobar associat a l’anterior enzim, és lògic que existeixi una connexió entre els processos d'inflamació i el funcionament de NELF.

En l’estimulació inflamatòria, més del 60% del transcriptoma activat està regulat per l’alliberació de la pausa de l'ARN polimerasa II quan el complex NELF es dissocia de la cromatina de tot el genoma. La disrupció genètica de NELF genera un augment en la transcripció dels gens Fos 47 i Jun que alhora, seguint una via complexa d’activació, fan que augmenti l’expressió d’una citocina antiinflamatòria anomenada IL-10. Consegüentment, la deficiència de NELF en el curs de l’estímul inflamatori condueix a una acumulació de la IL-10, la qual remodela el transcriptoma inflamatori i dona lloc a un fenotip hipoinflamatori. En conjunt, aquesta troballa remarca el paper de NELF en la restricció de la transcripció dels gens inhibidors de la inflamació i en la correcta activació inflamatòria dels macròfags.

Són molts els estudis que indiquen que diversos factors de transcripció reguladors de la cromatina podrien fer-se servir com a eines per combatre malalties autoimmunitàries o altres com el càncer. La identificació de NELF com a intermediari en aquests processos segurament es tindrà en compte a l’hora d’avaluar la maquinària de disseny de fàrmacs contra les malalties especificades.[18]  

Funció en la transcripció de IEG

modifica

Diversos estímuls cel·lulars indueixen l’expressió de gens d’expressió ràpida (IEG), encarregats d’orquestrar l’expressió d’altres gens necessaris perquè es donin les respostes metabòliques adients. La taxa de transcripció dels IEG és controlada directament pels factors d’elongació de la transcripció, com n’és un exemple NELF. L’eliminació d’aquest darrer redueix la transcripció dels IEG C-fos, MKP-1 i junB mitjançant la inhibició parcial de l’hormona alliberadora de tirotropina (TRH). Aquest fet dona a NELF una altra funció dins les cèl·lules i reivindica la importància de la seva existència perquè processos cabdals com el creixement, la diferenciació i l’apoptosi cel·lular esdevinguin.[19]

Rellevància clínica

modifica
  • L’activació de NELF podria ser la causant de la formació de tumors en les cèl·lules epitelials mamàries deficients en BRCA1.[20]
  • Anticossos contra la subunitat NELF-E del tipus immunoglobina G (IgG) s’han detectat en pacients afectats per sarcoïdosi.[21]

NELF i el Virus de la Immunodeficiència Humana

modifica

NELF participa en la incorporació del gen PCF11 a l'ARN polimerasa II, que es troba detingut quan el VIH-1 es troba en estat latent.[22] A més a més, un destí regulador de la subunitat NELF-E és l'element de resposta de transactivació (TAR) de l'ARN del VIH-1. En addició a això, el complex DSIF, amb què s'associa NELF, és capaç de suprimir la pausa transcripcional en les seqüències derivades dels LTR (Long Terminal Repeats) del VIH-1 i és necessari per assegurar l'eficiència de l'activador d'allargament transcripcional nuclear d'aquest virus, Tat.[23] DSIF també bloqueja l'alliberament prematur de les transcripcions del virus de la SIDA a les seqüències de terminació.

Referències

modifica
  1. ↑ Yamaguchi, Yuki; Inukai, Naoto; Narita, Takashi; Wada, Tadashi; Handa, Hiroshi «Evidence that Negative Elongation Factor Represses Transcription Elongation through Binding to a DRB Sensitivity-Inducing Factor/RNA Polymerase II Complex and RNA» (en anglès). Molecular and Cellular Biology, 22, 9, 5-2002, pàg. 2918–2927. DOI: 10.1128/MCB.22.9.2918-2927.2002. ISSN: 0270-7306. PMC: PMC133766. PMID: 11940650.
  2. ↑ Adelman, Karen; Lis, John T. «Promoter-proximal pausing of RNA polymerase II: emerging roles in metazoans». Nature Reviews Genetics, 13, 10, 18-09-2012, pàg. 720–731. DOI: 10.1038/nrg3293. ISSN: 1471-0056.
  3. ↑ Price, David H. RNA Polymerase II Elongation Control in Eukaryotes (en anglès). Nova York: Elsevier, 2004, p. 766–769. ISBN 978-0-12-443710-4. 
  4. ↑ Vos, Seychelle M.; Farnung, Lucas; Urlaub, Henning; Cramer, Patrick «Structure of paused transcription complex Pol II–DSIF–NELF». Nature, 560, 7720, 8-2018, pàg. 601–606. DOI: 10.1038/s41586-018-0442-2. ISSN: 0028-0836.
  5. ↑ Yik, Jasper H N «The Yin and Yang of P-TEFb Regulation: Implications for Human Immunodeficiency Virus Gene Expression and Global Control of Cell Growth and Differentiation». The Yin and Yang of P-TEFb Regulation: Implications for Human Immunodeficiency Virus Gene Expression and Global Control of Cell Growth and Differentiation, 01-10-2006, pàg. 648.
  6. ↑ Vos, Seychelle M; Pöllmann, David; Caizzi, Livia; Hofmann, Katharina B; Rombaut, Pascaline «Architecture and RNA binding of the human negative elongation factor». eLife, 5, 10-06-2016, pàg. e14981. DOI: 10.7554/eLife.14981. ISSN: 2050-084X.
  7. ↑ Wu, C.-H. «Molecular characterization of Drosophila NELF» (en anglès). Nucleic Acids Research, 33, 4, 23-02-2005, pàg. 1269–1279. DOI: 10.1093/nar/gki274. ISSN: 1362-4962. PMC: PMC552961. PMID: 15741180.
  8. ↑ 8,0 8,1 Narita, Takashi; Yamaguchi, Yuki; Yano, Keiichi; Sugimoto, Seiji; Chanarat, Sittinan «Human Transcription Elongation Factor NELF: Identification of Novel Subunits and Reconstitution of the Functionally Active Complex» (en anglès). Molecular and Cellular Biology, 23, 6, 15-03-2003, pàg. 1863–1873. DOI: 10.1128/MCB.23.6.1863-1873.2003. ISSN: 0270-7306.
  9. ↑ Sun, Jianlong; Blair, Ashley L.; Aiyar, Sarah E.; Li, Rong «Cofactor of BRCA1 modulates androgen-dependent transcription and alternative splicing». The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology, 107, 3-5, 11-2007, pàg. 131–139. DOI: 10.1016/j.jsbmb.2007.05.031. ISSN: 0960-0760.
  10. ↑ Ghouraba, Mennatallah; Masad, Razan; Mpingirika, Eric; Abdelraheem, Omnia; Zeghlache, Rached «Role of NELF‑B in supporting epithelial‑mesenchymal transition and cell proliferation during hepatocellular carcinoma progression». Oncology Letters, 22, 5, 06-09-2021, pàg. 761. DOI: 10.3892/ol.2021.13022. ISSN: 1792-1074. PMC: PMC8436359. PMID: 34539865.
  11. ↑ Zeneini, Eman El; Kamel, Sarah; El-Meteini, Mahmoud; Amleh, Asma «Knockdown of COBRA1 decreases the proliferation and migration of hepatocellular carcinoma cells». Oncology Reports, 37, 3, 19-01-2017, pàg. 1896–1906. DOI: 10.3892/or.2017.5390. ISSN: 1021-335X.
  12. ↑ Pagano, John M.; Kwak, Hojoong; Waters, Colin T.; Sprouse, Rebekka O.; White, Brian S. «Defining NELF-E RNA Binding in HIV-1 and Promoter-Proximal Pause Regions». PLoS Genetics, 10, 1, 16-01-2014, pàg. e1004090. DOI: 10.1371/journal.pgen.1004090. ISSN: 1553-7390. PMC: 3894171. PMID: 24453987.
  13. ↑ Rawat, Prashant; Boehning, Marc; Hummel, Barbara; Aprile-Garcia, Fernando; Pandit, Anwit S. «Stress-induced nuclear condensation of NELF drives transcriptional downregulation». Molecular Cell, 81, 5, 3-2021, pàg. 1013–1026.e11. DOI: 10.1016/j.molcel.2021.01.016. ISSN: 1097-2765.
  14. ↑ Stadelmayer, Bernd; Micas, Gaël; Gamot, Adrien; Martin, Pascal; Malirat, Nathalie «Integrator complex regulates NELF-mediated RNA polymerase II pause/release and processivity at coding genes». Nature Communications, 5, 20-11-2014, pàg. 5531. DOI: 10.1038/ncomms6531. ISSN: 2041-1723. PMC: 4263189. PMID: 25410209.
  15. ↑ hmong.wiki. «Factor de alargamiento negativo» (en tai). [Consulta: 7 octubre 2022].
  16. ↑ Kwak, Hojoong; Lis, John T. «Control of Transcriptional Elongation». Annual review of genetics, 47, 2013, pàg. 483–508. DOI: 10.1146/annurev-genet-110711-155440. ISSN: 0066-4197. PMC: 3974797. PMID: 24050178.
  17. ↑ Yamaguchi, Yuki; Shibata, Hirotaka; Handa, Hiroshi «Transcription elongation factors DSIF and NELF: Promoter-proximal pausing and beyond» (en anglès). Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Gene Regulatory Mechanisms, 1829, 1, 01-01-2013, pàg. 98–104. DOI: 10.1016/j.bbagrm.2012.11.007. ISSN: 1874-9399.
  18. ↑ Yu, Li; Zhang, Bin; Deochand, Dinesh; Sacta, Maria A.; Coppo, Maddalena «Negative elongation factor complex enables macrophage inflammatory responses by controlling anti-inflammatory gene expression» (en anglès). Nature Communications, 11, 1, 12-2020, pàg. 2286. DOI: 10.1038/s41467-020-16209-5. ISSN: 2041-1723. PMC: PMC7210294. PMID: 32385332.
  19. ↑ Fujita, Toshitsugu; Piuz, Isabelle; Schlegel, Werner «Negative elongation factor NELF controls transcription of immediate early genes in a stimulus-specific manner». Experimental Cell Research, 315, 2, 1-2009, pàg. 274–284. DOI: 10.1016/j.yexcr.2008.10.032. ISSN: 0014-4827.
  20. ↑ Sun, Jianlong; Watkins, Gareth; Blair, Ashley L.; Moskaluk, Christopher; Ghosh, Sagar «Deregulation of cofactor of BRCA1 expression in breast cancer cells». Journal of Cellular Biochemistry, 103, 6, 2008, pàg. 1798–1807. DOI: 10.1002/jcb.21568. ISSN: 0730-2312.
  21. ↑ Baerlecken, Niklas; Pursche, Nils; Witte, Torsten; Kniesch, Katja; Höpfner, Marius «Presence of Antibodies Binding to Negative Elongation Factor E in Sarcoidosis». Journal of Clinical Medicine, 9, 3, 06-03-2020, pàg. 715. DOI: 10.3390/jcm9030715. ISSN: 2077-0383.
  22. ↑ Natarajan, Malini; Schiralli Lester, Gillian M.; Lee, Chanhyo; Missra, Anamika; Wasserman, Gregory A. «Negative Elongation Factor (NELF) Coordinates RNA Polymerase II Pausing, Premature Termination, and Chromatin Remodeling to Regulate HIV Transcription». Journal of Biological Chemistry, 288, 36, 9-2013, pàg. 25995–26003. DOI: 10.1074/jbc.m113.496489. ISSN: 0021-9258.
  23. ↑ Martín, Esther González San. Efectos de la proteína tat de VIH en la activación del linfocito T (Tesi) (en castellà). Universidad Autónoma de Madrid, 1999. 

Bibliografia

modifica
  • Alberts, B. (2017). Molecular biology of the cell. WW Norton & Company, ISBN 9780815341055
  • David, N. L. (2009). Lehninger princípios de bioquímica. In Lehninger princípios de bioquímica (pp. 1158-1158), ISBN 9780716743392
  • Nielsen, H. (2011). The transcriptional landscape. RNA, 3-14.
Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=NELF&oldid=34019246»