ARN polimerasa V

La ARN polimerasa V, a voltes abreviada com Pol V, és un tipo específic d'ARN polimerasa que es troba únicament en el regne vegetal. En totes les cèlules l'ADN nuclear aporta informació per a la codificació del ARN, pero per a portar a terme la síntesis és imprescindible també l'actuació de les ARN polimerasa. En les cèlules procariota un mateix tipo de ARN polimerasa cataliza la síntesis de tots els tipos de ARN (ARNm, ARNt i ARNn). Les cèlules eucariota, en canvi, han desenrollat diferents tipos de ARN polimerasa, cada u especialisat en funcions diferents. Els més coneguts i estudiats són el ARN polimerasa I, II i III, especialment el II. No obstant, també existixen, encara que menys estudiats, dos tipos més de ARN polimerasa que es troben exclusivament en les plantes: el ARN polimerasa IV i el V.

Estos dirigixen el ARN no codificante en la regulació d'alguns processos relacionats en el silenciament d'alguns gens implicats en el desenroll, el control de la movilitat dels transposones, la defensa contra els virus i el cruzament entre alels. Encara són desconeguts els detalls de la naturalea bioquímica d'estos dos tipos de ARN polimerasa, pero lo poc que es coneix de les seues composicions revela que podrien haver-se desenrollat a partir del ARN polimerasa II com una forma especialisada d'este tipo.

L'interés en l'estudi de el ARN polimerasa IV i V radica en l'informació que aporta sobre la diversificació funcional en una mateixa família d'enzimes.

Polimerasa V i Arabidopsis

Estudis fets en plantes del gènero dels Arabidopsis (gènero de plantes herbáceas de la família de les brasicáceas) mostren que la Pol V està relacionada en l'organisació de la heterocromatina i el silenciament de gens que són independents del 24-nt siRNA (depenent de polimerasa IV) i del DRM2 (depenent de metilación). En la metilación, la Pol V i DRD1 - un remodelador de cromatina requerit per a la transcripció de la Pol V - aparentment actuen en companyia de MET1 i DDM1, l'activitat dels quals és necessària per a mantindre la majoria de la metilación en el genoma dels Arabidopsis. Este procés per a generar metilación no és molt ben conegut encara, pero l'última hipòtesis per a explicar este succés consistix en la generació de transcripcions en el locus de la heterocromatina que provoca l'unió als complexos siRNA-AGO4. Com a conseqüència d'esta unió, es produïx el reclutament de metilación de el DNA i de maquinària modificadora d'histona. Per un atre costat, en plantes de la família dels Arabidopsis també observem que la Pol V, independentment de la Pol IV, RDR i la producció de siRNA per mig de DCL3, afecta a l'organisació de la heterocromatina durant l'interfase, possiblement envolent els ARN de proteïnes estructurals o modificadoras de la cromatina. cal destacar la tècnica ‘’in viu’’ d'immunoprecipitación com una de les que més informació varen aportar sobre la funció de la Pol V.

Silenciación de gens

La seqüenciació del genoma de Arabidopsis thaliana va donar lloc al descobriment de dos noves seqüències de les primeres dos subunidades més grans que fomarían part de dos ARN polimerasa potencials distintes de les anteriorment conegudes polimerasa I, II i III. El fet de que estes dos subunidades formaren el centre actiu de les per a llavors conegudes polimerasa va donar peu a la sugestió de l'existència de dos formes atípiques de polimerasa. Anàlisis filogenético d'estes varen concloure que només estan presents en les plantes, sugerint que portarien a terme funcions específiques de les plantes. Despuix de la formulació d'estes afirmacions, les seues funcions es varen ser definint com dos activitats nuclears no essencials per a la viabilitat, pero necessàries per a la silenciación de gens no transcripcional mediada per ARN i la formació de heterocromatina.

La polimerasa V i la seua transcripció són necessàries pero no suficients en la silenciación de gens portada a terme per mig d'un procés de metilación de el ADN dirigit per el ARN. Atres proteïnes tals com la polimerasa IV, RDR2 i IDN2 també prenen part en el procés en el que es dona per un costat la síntesis de siRNA i per un atre la transcripció mediada per la polimerasa V.

L'identificació de ARNs no codificantes depenents de Pol V produïts en múltiples loci subjectes a la metilación de el ADN dirigit per el ARN va supondre un gran alvanç en la comprensió del paper que juga la Pol V en este procés. Estos ARN dependents de Pol V comprenen les regions promotores dels loci silenciadors, són depenents del centre actiu de la Pol V i poden ser químicament reticulados a Pol V, indicant que són transcripcions directes d'ella. Estes transcripcions es generen independentment de les siRNA, per lo que la Pol IV i la V treballen independentment seguint camins paralels que convergixen per a que ocórrega la metilación de el ADN dirigida per el ARN.

Esquema modele 1 de la silenciación de gens en Arabidopsis

En els Arabidopsis, este procés inclou 24 nucleòtits siRNAs que s'unixen a proteïnes de la família ARGONAUTE (AGO4) i faciliten el reconeiximent del loci complementari a través de mecanismes desconeguts. El ARN Polimerasa V nuclear és una enzima ARN silenciosa que genera transcripcions no codificantes en els loci silenciats per 24nt siRNAs. AGO4 interacciona en les transcripcions de Pol V i est és guiat a llocs de destí loci a través del apareament de bases de siRNAs associades a transcripcions naixents de Pol V. AGO4 i Pol V estan associats a un cos de Cajal que està alluntat del loci de reconeiximent somés a mediar el siRNA. Encara no es coneix be la funcionalitat d'esta localisació en el cos de Cajal, pero podria reflectir el processament o complexitat de funcions independents que induïxen al complex silenciador.

Hi ha diferents hipòtesis sobre el model d'acció que seguiria la Pol V en la silenciación de gens:

• Model 1: És el més acceptat i present en la Arabidopsis thaliana. Es donen dos processos independents en els quals participen la Pol IV i la Pol V respectivament. Per un costat, la Pol IV inicia el procés de creació dels siRNA, els quals una volta metilados s'unixen en el complex ARGONAUTE4 (AGO4). Independentment d'este procés, la transcripció de Pol V és portada a terme pel complex DDR i DMS4. Posteriorment, el complex AGO4 unit a les siRNA interacciona en les transcripcions naixents de Pol V donant lloc al emparejament de bases entre el siRNA i la transcripció. Proteïnes del complex DDR (DRD1 i DRM2) unixen a AGO4 en les de novo metil transferasas acostant-les a les regions transcritas Pol V i resultant en la metilación de el ADN, procés pel qual es produïx el silenciament de gens.
• Model 2: AGO4 interacciona en la transcripció naixent, pero les bases dels siRNA s'emparellen en el ADN.
• Model 3: el siRNA associat a el AGO4 interactua en el ADN de manera depenent del destorbament en la cromatina mediada per la Pol V.