El gen PURA, localitzat en el braç llarg del cromosoma 5, codifica en humans la proteïna PUR-alfa. Es tracta d'una proteïna d'unió a l'ADN i ARN on compleix una funció crucial en la regulació de la transcripció genètica, la replicació de l'ADN i el desenvolupament normal de les cèl·lules nervioses (proliferació neuronal, maduració de les dendrites, etc.).
Els eucariotes menys desenvolupats posseeixen una sola còpia del gen PUR, mentre els cordats contenen entre un i quatre membres de la família PUR. En humans, aquests gens codifiquen les proteïnes Pur-alfa, Pur-beta i dues formes de Pur-gamma, sent la primera la més expressada.
Mutacions en el gen PURA causen la síndrome PURA, un trastorn de neurodesenvolupament rar caracteritzat per una discapacitat intel·lectual, hipotonia neonatal, convulsions, entre altres símptomes neurològics.
Descripció del gen i ubicació genètica El gen PURA (de l'anglès purine-rich element binding protein A), és un gen que es troba a l'extrem del braç llarg del cromosoma 5 (5q31.3). Aquesta regió és coneguda per incloure microdelecions que poden causar trastorns neurològics.
El gen codifica la proteïna Pur-alfa (Purα), composta per 322 aminoàcids i amb dominis repetits que s'uneixen tant a ADN com a ARN. La seqüència codificant està continguda en un únic exó (no presenta introns) i la regulació gènica és complexa, amb tres promotors diferents que controlen l'expressió del gen.
Una característica estructural important de la proteïna PUR-alfa és el domini ric en glicina que es troba entre els residus 7-53, on hi ha un tram de glicina en aquesta regió interromput només per un únic residu de serina. Aquest participa en la interacció proteïna-proteïna. A més, la meitat dels residus de la regió de la proteïna compresa entre 282 i 322 són glutamina o glutamat, i s'anomena domini ric en glutamina-glutamat. Es considera que aquesta regió pot ser fonamental per a la funció d'activació transcripcional de la proteïna PUR-alfa. miniatura|Ubicació del gen PURA en el cromosoma 5.
L'expressió del gen és àmplia, ja que es troba en diferents teixits humans, sobretot en teixits cerebrals, músculs i sang. L'evolució ha afavorit a la conservació de la proteïna en diverses espècies, destacant el seu paper essencial en les cèl·lules neuronals on s'ubica al nucli i citoplasma cel·lular.
Aquest gen no presenta variants de complex de tall i unió (splice) importants, ja que el seu codi està en un únic exó. No obstant això, s'han identificat variants patogèniques en aquest gen que poden causar la síndrome de PURA, un trastorn greu del desenvolupament neurològic. Aquestes variants afecten la capacitat de plegament i la funció de la proteïna Pur-alfa amb impacte directe a la seva localització i unió a l'ARN.
Estructura de PUR-alfa La proteïna Pur-alfa està formada per 332 aminoàcids i té tres repeticions en la seva estructura, denominades dominis PUR I, II i III. Aquests dominis són els responsables de la seva funció d'unió a àcids nucleics i estan altament conservats evolutivament, des de bacteris fins a humans. miniatura|Estructura de la proteïna PUR-alfa.
Els dominis PUR tenen un plegament característic que pertany a la superfamília PC4, que inclou una estructura amb làmines beta antiparal·leles formades per quatre cadenes seguides d'una hèlix alfa. Aquest plec complex es troba en cadascuna de les tres repeticions i és fonamental per a l'estabilitat i especificitat de la proteïna.
El domini PUR I i PUR II formen un dímer intramolecular a la regió N-terminal de la proteïna, que configura el principal lloc d'unió a seqüències específiques d'ADN i ARN de la cadena senzilla riques en purines. Aquesta associació estreta permet l'alta afinitat i especificitat en la unió. En canvi, el domini PUR III, situat en l'extrem C-terminal, és essencial per a la dimerització intermolecular de Pur-alfa, la qual cosa facilita la formació de complexos multimèrics funcionals que regulen la interacció de la proteïna amb àcids nucleics i altres components cel·lulars.
Mitjançant estudis cristal·logràfics i ressonància magnètica nuclear, s'ha revelat que l'estructura de Pur-alfa té un gran dinamisme i plasticitat conformacional, la qual cosa constitueix la seva «promiscuïtat» estructural. Aquesta alta mobilitat fa que la proteïna sigui vulnerable a mutacions que afecten la seva capacitat de plegament, dimerització i unió a ARN, això provoca disfuncions moleculars i està relacionat amb la síndrome PURA.
L'estabilitat i plegament dels dominis PUR estan estretament vinculats a la capacitat de Pur-alfa de localitzar-se als cossos de processament d'ARN (P-bodies) dins la cèl·lula, estructures implicades en la regulació de la traducció i el metabolisme de l'ARN. Les mutacions en purines provoquen la pèrdua d'aquesta localització i funció cel·lular a causa de les alteracions estructurals que generen.
Funció biològica Pur-alfa és una proteïna multifuncional que s'uneix tant a ADN com a ARN de cadena senzilla, i actua com a reguladora clau en la transcripció, transport i traducció de missatgers, així com en diverses vies de senyalització cel·lulars i mecanismes de manteniment genòmic. Té la capacitat d'unir-se a seqüències específiques d'ADNss, ARNds i ARNss, tenint una atracció especial per les repeticions GGN.
A nivell nuclear, Pur-alfa regula l'expressió gènica unint-se a regions reguladores de diversos gens, com la myelin basic protein, GATA2, APP, alfa-actina, TNF-alfa, TGF-beta i E2F1, i fins i tot el seu propi promotor, actuant com a activador o inhibidor transcripcional depenent del context i interaccions amb altres factors. En aquest entorn, forma complexos amb PURB i HNRNPK, que contribueixen al processament de l'ARN missatger i a la regulació de gens com MEST i AGPG, implicats en processos de diferenciació i metabolisme. També pot associar-se amb factors IRFs, relacionats amb la resposta immunitària, integrant Pur-alfa en la regulació de vies antivirals.
Pur-alfa també interacciona amb proteïnes reguladores del cicle cel·lular, com, per exemple: la proteïna del retinoblastoma (Rb), E2F1, diverses ciclines i CDKs. Pot inhibir la proliferació cel·lular antagonitzant l'activitat d'E2F1, i contribueix a la reparació de trencaments de la doble cadena d'ADN, a més de participar en la resposta a l'estrès en la replicació genòmica. La sobreexpressió o microinjecció de Pur-alfa inhibeix el creixement sense ancoratge de cèl·lules canceroses i bloqueja la proliferació en punts de control G1-S o G2-M.
Al citoplasma, Pur-alfa regula la traducció interaccionant amb components del ribosoma i factors d'iniciació com PABPC1 i EIF3B/EIF3F, encapsulant ARNs específics amb altres proteïnes i regulant-ne la localització i el destí per a la traducció eficient.
També pot associar-se amb l'ARN llarg no codificant TM4SF1-AS1 i amb la proteïna YB1 per formar grànuls d'estrès, estructures que preserven ARNm en condicions adverses i que vinculen Pur-alfa amb la regulació posttranscripcional i la resposta al dany cel·lular.
És especialment rellevant en neurones, on facilita el transport d'ARNm cap a les dendrites i sinapsis, així com la seva estabilitat i traducció. Aquesta funció és essencial per al desenvolupament neuronal i la plasticitat sinàptica, i s'ha relacionat amb diversos trastorns del neurodesenvolupament.
La depleció de Pur-alfa altera profundament la composició i formació dels P-bodies (dominis implicats en el processament d'ARN i la regulació post-transcripcional), ja que disminueix l'expressió de components com LSM14A i DDX6 i modifica l'estabilitat de nombrosos transcrits; els ARN associats als P-bodies tendeixen a estabilitzar-se, mentre que d'altres es redueixen. Tot això connecta Pur-alfa amb vies cel·lulars relacionades amb la immunitat, el metabolisme, la funció mitocondrial i l'autofàgia.
A més, Pur-alfa té un paper destacat en la resposta viral, ja que pot interaccionar amb proteïnes de diferents virus, com la Tat, l'ARN del VIH-1 o els antígens del poliomavirus JC. Aquestes interaccions poden afavorir la replicació dels virus i l'expressió dels seus gens en contextos patològics.
Finalment, Pur-alfa també està sotmesa a regulació per microARNs, com el miR-144, que en modulen l'expressió en diversos contextos fisiològics i patològics. D'aquesta manera, Pur-alfa s'integra dins de xarxes complexes de senyalització metabòlica i oncològica.
Significat clínic Síndrome PURA La proteïna PUR-alfa és crucial pel desenvolupament postnatal del cervell, així com la proliferació de neurones, oligodendròcits i astròcits en el sistema nerviós central. També influeix en la maduració de dendrites, la formació sinàptica i el transport d'ARN missatger a punts de traducció durant el desenvolupament neuronal. Les mutacions en el gen PURA poden alterar el desenvolupament normal del cervell i deteriorar el funcionament neuronal.miniatura|Algunes mutacions detectades en el gen PURA donant lloc a la síndrome PURA.|348x348pxLa síndrome PURA es refereix a les mutacions puntuals en el gen PURA. Les delecions en 5q31.3 poden variar entre 101 kb i 5 Mb, incloent-hi PURA.
Aquesta patologia consisteix en una encefalopatia de desenvolupament que implica la presentació en els afectats d'hipotonia neonatal, dificultats per l'alimentació, retard global del desenvolupament, discapacitat intel·lectual greu, apnea, hipersomnolència, hipotèrmia, compromís respiratori, hipoventilació i epilèpsia freqüent.
La hipotonia neonatal determina un fenotip neuromotor consistent caracteritzat per les complicacions en la tolerància a l'alimentació oral en període neonatal i un retard del desenvolupament motor. En alguns casos, la gravetat d'aquesta afecció impedeix el moviment independent. Gairebé la totalitat dels individus afectats per la síndrome PURA estan marcats per l'absència de llenguatge verbal.
Aquesta patologia també està associada amb síndromes electroclíniques identificables com espasmes infantils i amb la síndrome de Lennox-Gastaut i altres mostres de crisis intractables. Alguns dels afectats presenten respostes a l'ensurt ("startle response") exagerades davant estímuls, però sense correlat epileptiforme a un EEG, donant lloc a un comportament neuromotor recurrent en individus amb síndrome PURA. També és possible la presentació de nistagme horitzontal i vinculat a una atenció visual deficient.
En l'observació de MRI del cervell d'individus afectats per la síndrome PURA s'ha detectat una reducció del volum de la substància blanca, un increment d'espais fluids extra-axials i la dilatació de ventricles laterals.
A més, un altre caràcter present en molts dels malalts és l'apnea congènita i central en infants. Complicacions relacionades amb l'esquelet han estat observades en una part dels pacients, des d'osteoporosi fins displàsia de maluc o escoliosi. Els individus afectats també poden presentar desordres de motilitat gastrointestinal com ara la malaltia per reflux gastroesofàgic.
A nivell molecular, les mutacions o truncaments del gen PURA alteren l'estabilitat del complex PURA:GLUT1, influint així directament en la captació de glucosa per la disfunció causada en GLUT1.
La microdeleció de 5q31.3 en la seva totalitat també causa desordres en el neurodesenvolupament. La gravetat d'aquestes alteracions degudes a mutacions en el gen PURA va de major a menor en el següent ordre (suggerint una correlació amb l'abast de la deleció): a) deleció de 5q31.3, b) delecions múltiples de repeticions PUR; deleció o alteració única d'una repetició PUR, i deleció o alteració situada fora de repeticions PUR.
Leucoencefalopatia multifocal progressiva (LMP)