Fibrilarina ( ing. Fibrillarin, Fbl , vezi alte denumiri mai jos ) este o proteină nucleolară , la om este codificată de gena FBL situată pe cromozomul 19 [1] . Funcția principală a fibrilarinei este de a participa la transcrierea și procesarea ARNr , deci este adesea folosită ca marker al nucleolilor activi. Fibrilarina este o metiltransferază , adică transferă gruparea metil de la S-adenosilmetionină la gruparea 2’- hidroxil a ribozei din molecula de ARN țintă . În plus, fibrilarina mediază metilarea reziduului de glutamină Gln105 din histona H2A . Proteine similare ca structură și funcție cu fibrilarina au fost, de asemenea, găsite în arhee , care sunt procariote și nu au nucleoli. Niveluri crescute de fibrilarină se găsesc în multe tipuri de cancer . În plus, fibrilarina poate interacționa cu multe proteine virale [2] .
Denumirea „fibrilarină” este folosită pentru a se referi la mai multe proteine din diferite organisme , inclusiv arheea, deși fibrilarina lor este foarte diferită de fibrilarina eucariotă . Există multe sinonime pentru denumirea de fibrilarină în literatură, inclusiv antigenul de sclerodermie nucleolară de 34 kDa , Dmel_CG9888, CG9888, Dmel\CG9888ri, GCR-6, GCR6, Pen59C5, fib, pen59C5, Fib, FIB, FIBBL, FIB, FIBBL. FLRN, RNU3IP1, fibrilarină ARNr 2'- O - metiltransferază fibrilarină , NOP1, nop1, fibM, afib. Fibrilarina de drojdie este adesea denumită NOP1, în timp ce fibrilarina arheală este denumită aFIB [2] .
Fibrilarina a fost descrisă pentru prima dată în nucleolul mucegaiului Physarum polycephalum în 1977. Fibrilarina se găsește nu numai în eucariote, ci și în arhee și, deoarece arheile nu au un nucleol, se presupune că funcțiile fibrilarinei arheale sunt oarecum diferite de cele ale fibrilarinei eucariote. În celulele drojdiei Saccharomyces cerevisiae , fibrilarina NOP1 conținută acolo poate fi înlocuită fără deteriorarea acestor celule cu fibrilarina plantei Arabidopsis thaliana , broasca Xenopus laevis sau oameni, dar nu cu fibrilarina ciliatului Tetrahymena thermophila (posibil datorată la structura diferită a domeniului N-terminal al acestuia din urmă). Datele prezentate mărturisesc în favoarea conservării ridicate a structurii și funcțiilor fibrilarinei. Cu toate acestea, domeniul GAR îmbogățit în arginină și glicină are o conservare scăzută a compoziției de aminoacizi , iar atunci când NOP1 este înlocuit cu fibrilarină umană, X. laevis sau A. thaliana , parametrii nucleolului și creșterea celulelor de drojdie încă se modifică , deci unele funcții ale fibrilarinei în diferite organisme, par să fie oarecum diferite [2] .
Conservatorismul secvențelor de aminoacizi ale fibrilarinei este diferit în diferite grupuri de organisme. Fibrilarine de plante (63% asemănare între cei mai îndepărtați reprezentanți ai grupului) și vertebrate (61%) demonstrează cel mai mare conservatorism , în timp ce fibrilarine de nevertebrate , ciuperci și arhee sunt cele mai puțin conservatoare (33, 27 și, respectiv, 20%) [2] ] .
Pe baza datelor filogenetice se pot distinge mai multe familii de fibrilarine, dar până acum nu există suficiente date biochimice și genetice pentru o astfel de diviziune [2] .
La om, gena FBL care codifică fibrilarina este localizată pe al 19-lea cromozom la locusul 19q13.1 și conține 9 exoni [1] . Gena este situată pe catena minus și are 11962 perechi de baze [3] .
Fibrilarina aparține familiei de metiltransferaze SAM care conține pliurile Rossmann . În funcție de organism, greutatea moleculară a fibrilarinei poate varia de la 34 la 38 kDa . La om, fibrilarina constă din 321 de resturi de aminoacizi și are o masă de 33784 Da [3] . Fibrilarina poate fi împărțită într-un domeniu N-terminal și un domeniu având activitate de metiltransferază. În Arabidopsis thaliana , domeniul N-terminal este subdivizat în două regiuni: un domeniu bogat în glicină și arginină (GAR) de 77 de resturi de aminoacizi și o regiune de distanță de 61 de resturi de aminoacizi. Domeniul GAR este implicat în interacțiuni cu diferite proteine celulare și virale și conține, de asemenea, un semnal care menține proteina în nucleol împreună cu un motiv de legare a ARN-ului . GAR nu este un domeniu necesar pentru localizarea fibrilarinei în corpii Cajal , dar la oameni și Arabidopsis thaliana este absolut esențial pentru localizarea proteinelor în nucleu. Domeniul GAR poate fi metilat la mai multe resturi de arginină. Fibrilarina poate fi metilată la reziduurile de arginină de către proteina PRMT1 , resturile metilate reprezentând 45% din toate reziduurile de fibrilarină arginină. Metilarea poate promova legarea specifică a fibrilarinei de anumite proteine, cum ar fi SMN1 . La om, domeniul GAR și regiunea spacer interacționează cu proteina SF2A-p32, iar domeniul metiltransferazei interacționează cu PRMT5 [2] .
Domeniul metiltransferazei este subdivizat în două regiuni: R- sau regiunea centrală, care include 87 de resturi de aminoacizi, și o regiune de 95 de resturi de aminoacizi, îmbogățită în elice α . Sunt necesare mai multe locuri pentru ca fibrilarina să se lege de ARN. În primul rând, acesta este motivul GCVYAVCF situat în interiorul regiunii R, în al doilea rând, secvența din regiunea R între resturile de aminoacizi 138 și 179 și, în al treilea rând, secvența dintre resturile de aminoacizi 225 și 281, localizate în α-helix-ul bogat regiune . Ultimele două situsuri de legare a ARN interacționează cu ARN-uri diferite, independent unul de celălalt, iar ștergerea unuia dintre ele nu afectează negativ capacitatea fibrilarinei de a lega ARN-ul, totuși, atunci când aceste două situsuri lucrează împreună, se manifestă un efect sinergic. Regiunea C-terminală a proteinei are o structură conservată constând din 7 elice α și 7 foi β . În plus, situsul de legare a S-adenosilmetioninei este situat în regiunea C-terminală, înconjurat de trei resturi de aminoacizi conservate. Aceeași regiune interacționează cu proteina Nop56 [2] .
În mod surprinzător, structura fibrilarinei este foarte conservată într-o serie de organisme, de la arhee la oameni. Cu toate acestea, fibrilarinele arheale nu au domeniul GAR și, prin urmare, sunt mai scurte decât fibrilarinele eucariote [2] .
După cum sa menționat mai sus, printre modificările post-translaționale , fibrilarina poate fi metilată la reziduurile de arginină. În plus, poate fi fosforilat la reziduul de serină Ser124 [4] .
Ca multe alte proteine nucleare, fibrilarina este o proteină foarte dinamică, probabil pentru că procesul de formare a particulelor ribozomale la care participă necesită o mobilitate ridicată. Fibrilarina se poate mișca rapid între nucleoli și nucleoplasmă și poate apărea și în corpurile Cajal. Este posibil ca fibrilarina să se miște activ în jurul nucleului în căutarea unui substrat pentru metilare [2] .
În interfaza ciclului celular, fibrilarina este localizată în componenta fibrilară densă a nucleolului, iar în timpul trecerii de la faza G1 la faza G2, concentrația sa se poate dubla. La începutul profazei , nucleolii încep să se dezasambla, iar fibrilarina, împreună cu alte elemente de procesare a ARNr (pre-ARNr, nucleolină , ARN-uri nucleolari mici U3 și U4 ), se deplasează la periferia cromozomilor, unde face parte din învelișul pericromozomial sau din compartimentul pericromozomial. În plus, fibrilarina a fost observată în citoplasma celulelor aflate în mitoză , astfel încât este posibil ca în timpul mitozei, complexele de procesare a ARNr să fie dezasamblate și degradate în citoplasmă. În telofază, fibrilarina este deja asamblată în complexe de procesare a ARNr în corpurile prenucleolare (PNB). PNB-urile se leagă apoi de organizatorii nucleolari (NOR), fibrilarina fiind unul dintre primii factori de procesare a ARNr care trece de la PNB la NOR. S-a sugerat că kinazele și fosfatazele , care reglează tranziția de la mitoză la interfază , pot, de asemenea, să regleze tranziția fibrilarinei la NOR înainte de începerea transcripției genelor ARNr ( pDNA ) [2] .
Fibrilarina este direct implicată în procesarea ARNr post-transcripțională, în special, scindarea pre-ARNr, metilarea ARNr și asamblarea ribozomilor. Metilarea ARNr are loc la mai mult de 100 de situsuri cu mici variații în funcție de organism. În arhee, complexul de metilare constă din proteinele aFIB, Nop5 și L7Ae. La eucariote, proteinele Nop56 și Nop58 înlocuiesc Nop5, iar proteina 15,5K înlocuiește L7Ae. Domeniul N-terminal al Nop5 interacționează cu aFIB, iar domeniul C-terminal al Nop5 se leagă de L7Ae, iar la legarea la ARN-ul ghid, complexul devine activ. La eucariote, ARN-urile nucleolare mici acționează ca ARN-uri ghid. ARN-urile nucleolare mici care conțin cutia C/D participă la metilarea ARNr. Cutia C, care este secvența RUGAUGA (R este purină ), este situată lângă capătul 5’ al ARN-ului, iar caseta D (CUGA) este situată lângă capătul 3’. ARN-ul nucleolar mic țintă conține o secvență de 10-21 nucleotide complementare ARN - ului țintă și metilarea are loc la 5 nucleotide în amonte de cutia D. Următorii ARN mici interacționează cu fibrilarina: U3, U8, U13, U14, U60, x, y, snR3, snR4, snR8, snR9, snR10, snR11, snR30, snR189 și snR190. Dintre toate numeroasele metilări care apar în timpul procesării ARNr, niciuna nu pare să fie responsabilă pentru vreo funcție specializată. Complexul de fibrilarină eucariotă cu Nop56, Nop58, 15,5K și ARN-uri nucleolare mici are o masă de aproximativ 400 kDa. Fibrilarina poate fi inclusă în compoziția sa sub formă de tetramer , care își schimbă conformația pentru a metila diferite părți ale ARNr. Nop56/58 joacă un rol important în localizarea subunității catalitice pe ARN-ul țintă, interacționând în același timp cu fibrilarina. ARN-urile nucleolare mici acționează ca ghiduri și definesc locul de editare directă [2] .
S-a demonstrat că fibrilarina poate fi implicată în metilarea histonei H2A la restul de glutamină Gln105 în drojdie și Gln104 la om. Această modificare are loc numai în nucleol, unde există o concentrație mare de fibrilarină. Aceasta este prima modificare epigenetică a histonelor, caracteristică doar nucleolului. Această modificare previne legarea complexului de remodelare a cromatinei FACT și este caracteristică locusului ADNr 35S și, prin urmare, are un efect epigenetic asupra promotorilor ARN polimerazei I [2] .
Rolul metilării mediate de fibrilarină a fost investigat în organisme multicelulare ( șoareci ) prin distrugerea genei corespunzătoare. Fibrilarina de tip sălbatic a fost înlocuită cu o formă lipsită de metiltransferaza și domeniile N-terminale și constând astfel dintr-un singur domeniu GAR. Embrionii homozigoți pentru această formă nu s-au dezvoltat din cauza numeroaselor apoptoze , cu toate acestea, heterozigoții nu au avut anomalii. În plus, s-a demonstrat că fibrilarina este necesară pentru dezvoltarea normală a peștelui zebra , iar la plante, reducerea expresiei fibrilarinei prin interferența ARN a condus la dezvoltarea unui fenotip pitic [2] .
În plus față de proteinele Nop56, Nop58 și 15,5K menționate mai sus, care împreună cu fibrilarina sunt implicate în procesarea ARNr, fibrilarina interacționează cu multe alte proteine celulare. Astfel, proteinele p32 și Nop52 interacționează cu fibrilarina nu simultan, ci probabil în aceleași locuri. p32 este implicat în reglarea splicing -ului , iar Nop52 este implicat în etapele târzii de formare a subunităților ribozomale 60S. Deoarece ambele proteine nu pot interacționa cu fibrilarina simultan, este probabil ca interacțiunea fiecăreia dintre ele cu fibrilarina să fie necesară într-un anumit stadiu al biogenezei ribozomului . Fibrilarina poate interacționa cu ARN helicaza DDX5 [5] . În corpurile Cajal, fibrilarina poate interacționa cu proteina supraviețuirii neuronului motor (SMN) . La plante, fibrilarina 2 face parte din complexul mediator de transcripție mediat de ARN polimeraza II și poate interacționa cu factorii de transcripție majori ai ARN polimerazei II, cum ar fi TFIIB [2] .
Unii virusuri care au o fază nucleară în ciclurile lor de viață ( umbravirusuri , virusul gripal A , HIV și alții) interacționează cu proteinele localizate în corpii Cajal și nucleoli în cursul replicării și transcripției lor. Printre aceste proteine se numără fibrilarina, care se mișcă între nucleoli și corpii Cajal. De exemplu, fibrilarina interacționează cu proteina ORF3 codificată de un virus din grupul de umbravirusuri care infectează plantele. Fibrilarina interacționează direct cu domeniul său bogat în arginină cu domeniul bogat în lizină al ORF3, permițând proteinei virale să se deplaseze între nucleol și corpul Cajal. În plus, în timpul unei infecții virale, fibrilarina este transferată în citoplasmă, unde participă la formarea particulelor virale [2] .
Unii virusuri animale interacționează și cu fibrilarina . De exemplu, proteina multifuncțională NS1 a virusului gripal A subtip H3N2 inhibă procesarea ARNm a celulei gazdă și previne dezvoltarea unui răspuns antiviral. NS1 se leagă de fibrilarină și nucleolină prin semnalul său de localizare nuclear/nucleolar C-terminal . Se presupune că proteina HIV Tat interacționează cu fibrilarina în complex cu ARN nucleolar mic U3 și, prin urmare, perturbă procesul de maturare pre-ARNr în nucleoli. Aceasta, la rândul său, perturbă activitatea vitală a celulelor afectate și poate duce la apoptoză. În alți virusuri, cum ar fi arterivirusul care cauzează oreion [ , proteinele nucleocapside interacționează cu fibrilarina în timpul ciclului de viață [2] . Fibrilarina pare să joace un rol critic în ciclul de viață al henipavirusului un virus foarte patogen transmis de lilieci . În celulele lipsite de fibrilarină s-au observat tulburări semnificative în sinteza ARN-ului și proteinelor acestui virus [6] .
Ca și alte proteine nucleare, fibrilarina este implicată în reglarea diviziunii celulare și a proceselor de creștere; prin urmare, tulburările în exprimarea acesteia duc adesea la dezvoltarea cancerului. Fibrilarina este o oncogenă . Supraexprimarea fibrilarinei a fost observată în neoplazia intraepitelială de prostată umană la șoareci, care se poate dezvolta în cancer de prostată . În cazul adenocarcinomului uman , cantitatea de fibrilarină este legată de cantitatea de proteină Myc , o oncogenă bine studiată care poate interacționa cu fibrilarina. Un exces de exprimare a fibrilarinei cu un factor de doi a fost găsit în celulele de leucemie și limfom de diferite tipuri. S-a demonstrat că p53 reduce expresia fibrilarinei prin interacțiunea cu secvența intronului 1 din gena fibrilarinei. În celulele canceroase de sân, o scădere a p53 duce la un nivel crescut al expresiei fibrilarinei, iar aceasta, la rândul său, crește cantitatea de ARNr mismetilat. Aceasta perturbă ribozomul și crește expresia oncogenelor prin IRES [2] .
Autoanticorpi la fibrilarină se găsesc la aproximativ 8% dintre pacienții care suferă de sclerodermie sistemică [1] [7] [8] .