Autor: KAREL JOHAN ESTRADA GUERRA

Análisis in silico de las secuencias de unión a ribosoma que definen el inicio de la traducción en procariontes

KAREL JOHAN ESTRADA GUERRA (2022)

El inicio de la traducción en procariotas está principalmente definido, aunque

no exclusivamente, por la interacción entre la secuencia anti-Shine-Dalgarno (antiSD),

ubicada en el extremo 3’ del RNA ribosomal 16S, y una secuencia complementaria, el

sitio de unión del ribosoma o Shine-Dalgarno (SD), ubicado río arriba del codón de

inicio en los mRNA. El antiSD tiene un núcleo altamente conservado 5’-CCUCC-3’, pero

se han encontrado variaciones entre especies con respecto a la participación de las

bases adyacentes en la unión. Estas variaciones se han descrito en ciertas bacterias y,

en menor medida, en algunas arqueas. Para analizar estas variaciones en nuestro

estudio realizamos un análisis estadístico de las interacciones termodinámicas entre la

región 5’ UTR del mRNA y las regiones del extremo 3’ del rRNA 16S de más de 6400

organismos, con el objetivo de identificar las secuencias antiSD y SD más probables en

una amplia gama de procariontes, incluyendo un gran número de arqueas.

En nuestro estudio identificamos 15 grupos de variantes de antiSD que se

asocian significativamente con el origen filogenético de los organismos. Además,

nuestros hallazgos revelaron que ciertos organismos exhiben variaciones en el propio

núcleo del antiSD, destacando que un núcleo inalterado no es necesariamente

requerido para la interacción entre el extremo 3’ del rRNA y la región que precede al

AUG del mRNA. En nuestro estudio también clasificamos a los organismos en cuatro

categorías distintas dependiendo de la conservación del núcleo y la evidencia de

interacción : i) aquellos que poseen un núcleo conservado y muestran evidencia de

unión; ii) aquellos con un núcleo conservado pero sin evidencia de unión; iii) aquellos

que exhiben unión en ausencia de un núcleo conservado; y iv) aquellos que carecen

tanto de un núcleo conservado como de evidencia de unión. Nuestros resultados

indican que, independientemente de la conservación de la secuencia central 5’-CCUCC-

3’ (CCUCC) presente en el extremo 3’ del rRNA 16S, la posición y secuencia de la antiSD

pueden variar dependiendo de los orígenes filogenéticos de los organismos. Estos

hallazgos se discuten en términos de la evolución de la iniciación de la traducción en

organismos procariotas.

The initiation of translation in prokaryotes is primarily defined, although not

exclusively, by the interaction between the anti-Shine-Dalgarno sequence (antiSD),

located at the 3’-terminus of the 16S ribosomal RNA, and a complementary sequence,

the ribosome binding site, or Shine-Dalgarno (SD), located upstream of the start codon

in mRNA. The antiSD has a highly conserved core 5’-CCUCC-3’, but variations have been

found between species regarding the involvement of adjacent bases in binding. These

variations have been described in certain bacteria and, to a lesser extent, in some

arquea. To analyze these variations in our study, we conducted a statistical analysis of

the thermodynamic interactions between the 5’ UTR region of mRNA and the 3’ end

regions of 16S rRNA from 6400 organisms, with the aim of identifying the most

probable antiSD and SD sequences across a wide range of prokaryotes, including a large

number of arquea.

In our study, we identified 15 groups of antiSD variants that are significantly

associated with the phylogenetic origin of organisms. Furthermore, our findings

revealed that certain organisms exhibit variations in the core of antiSD itself.

Importantly, an unaltered core is not necessarily required for the interaction between

the 3’ end of rRNA and the region preceding the AUG of mRNA. In our study, we also

classified organisms into four distinct categories depending on the conservation of the

core and evidence of interaction: i) those possessing a conserved core and showing

evidence of binding; ii) those with a conserved core but no evidence of binding; iii)

those exhibiting binding in the absence of a conserved core; and iv) those lacking both

a conserved core and evidence of binding. Our results indicate that, regardless of the

conservation of the central sequence 5’-CCUCC-3’ (CCUCC) present at the 3’ end of 16S

rRNA, the position and sequence of antiSD can vary depending on the phylogenetic

origins of organisms. These findings are discussed in terms of the evolution of

translation initiation in prokaryotic organisms.

Tesis de doctorado

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS