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ARNi: golpe de estado al ADN

Jorge Luis Hernández García*


Etodo ser vivo cuenta con innumerables genes –segmentos de ácido desoxirribonucleico (ADN)– donde almacena celosamente su información genética; en esos genes se hallan las instrucciones necesarias para fabricar proteínas específicas para la célula. Este proceso es de vital importancia ya que las proteínas se consideran como los engranes de la maquinaria celular; sin ellas, le sería prácticamente imposible a la célula llevar a cabo las funciones metabólicas necesarias para mantenerse con vida.

Para realizar semejante obra, es necesario que los planos genéticos –es decir, la información codificada en el ADN– llegue hasta los obreros celulares, conocidos propiamente como ribosomas (ARNr)-, para que, junto con los acarreadores de aminoácidos o ARN de transferencia (ARNt), lean y traduzcan las instrucciones para la elaboración de las proteínas.

En los organismos donde el material genético se localiza en un núcleo celular delimitado (a los que se les llama “eucariontes”), la síntesis de proteínas es harto más compleja, pues si bien es cierto que el ADN es el acervo genético de la célula, no tiene la capacidad para abandonar al núcleo y fijarse a los ribosomas durante este proceso, pues, de hacerlo, el resultado podría ser fatal.

Al hallarse imposibilitado, el A D N se vale del apoyo de un copión para llevar el mensaje desde el núcleo hasta el citoplasma, al que se denomina ARN mensajero (ARNm), que, como su nombre lo indica, copia el mensaje del ADN y, dada su capacidad de abandonar el núcleo, se dirige hacia los ribosomas para ensamblar las proteínas. Estos procesos se conocen como transcripción y traducción.

Durante mucho tiempo, la función que se le otorgó al ARN estaba únicamente resumida en dos grandes aspectos. Como se mencionó anteriormente, los ARNm son “simples” intermediarios en la expresión genética, y su papel consiste en transmitir la información entre el ADN y las proteínas, mientras que los ARNr y ARNt se encargan de procesarla e integrarla en la fabricación de dichas proteínas.

No obstante, en 1998, el rango que se le había otorgado al ARN pareció no importarle y comenzó a sublevarse junto con su ejército al descubrirse el ARN de interferencia (ARNi) –que es un mediador del silenciamiento genético mediante moléculas de ARN bicatenario– en ciertos gusanos nematodos. A partir de entonces, se demostró que el ARN de doble cadena (ARNdc) posee la capacidad de reprimir la expresión de un gen determinado debido a la destrucción de su ARNm intermediario, evitando con ello la síntesis de la proteína a la cual codifica, así como el bloqueo de la transcripción (la síntesis de los ARNm desde el ADN) y la inhibición de la traducción (la síntesis de proteínas desde los ARNm). Así, el ARNi no sólo acecha a los ARNm para su destrucción: dirige además el silenciamiento directo del ADN, eliminando por completo –en el caso más extremo– los genes del genoma, aunque en la mayoría de los casos el ADN no se destruye, sino que únicamente experimenta un empaquetamiento más denso para que no pueda ser transcrito.

El primer contacto con el silenciamiento genético se remonta al año 1990, cuando los investigadores Jorgensen y Mol, trabajando independientemente y con el propósito de producir petunias que tuvieran flores de un color púrpura intenso, inyectaron a las plantas copias adicionales del gen que codifica la proteína que produce ese color. Para sorpresa de todos, las flores resultantes mostraban grandes coloraciones blancas y eran variegadas. Así pues, dedujeron que, debido a la presencia de los genes adicionales, se había despertado algún mecanismo silenciador que los identificaba como extraños, eliminándolos no sólo a ellos sino también a los propios de la célula, fenómeno conocido como “co-supresión”.

Algunos años más tarde, otros investigadores, Fire y Mello, inyectaron en la especie Caenorhabditis elegans el ARNdc del gen unc-22, cuya función primordial se centra en la contracción muscular, lo cual les producía grandes espasmos. El mismo fenómeno también se ha observado en plantas, hongos, algas, platelmintos y moscas Drosophila, que son ramas muy dispares del árbol evolutivo. Sin embargo, determinar su presencia en células humanas y de otros organismos vertebrados superiores se volvió una ardua tarea.

Cuando una célula humana es infectada por un virus que produce ARN bicatenario, se despierta un mecanismo conocido como “respuesta mediada por interferón”, que responde a la presencia del ARNdc, induciendo la muerte celular por apoptosis. Ésta se dispara por dos vías distintas: el ARNdc activa a la proteína PKR, la cual inactiva al factor de inicio de la traducción, eI F2a, lo que conlleva la represión total de la síntesis de proteínas. En segundo plano, el ARNdc activa también a la ARNasa L, cuya función es degradar todos los ARNm de la célula de una manera no específica, lo cual implica un paro total de labores en la fábrica celular.

Por desgracia, cuando los investigadores introducían ARN bicatenarios artificiales, se encendía la respuesta del interferón, con sus respectivas consecuencias. Fue hasta el año 2001 cuando se determinó que ciertos fragmentos de ARNdc de 21 a 23 pares de bases (pb) eran capaces de accionar la maquinaria del ARNi sin despertar la respuesta del interferón, la cual se desentiende de los ARNdc menores de 30 pb. A principios de este año se observó que el uso de fragmentos de 27-29 pb, en vez de los convencionales 21-23 pb, incrementa de una manera potencial la eficiencia del
ARNi en las células de los mamíferos.

¿Cómo opera el frente del ARNi?

Cuando entran las moléculas de ARNdc en el citoplasma, son recibidas por una enzima llamada Dicer, que las escinde en fragmentos cortos de 21-26 pb, dejando dos nucleótidos (nt) sin emparejar en cada uno de los extremos 3’, y que reciben el nombre de ARN de interferencia pequeños (ARNip ). Estos se ensamblan en un conjunto proteico denominado complejo silenciador inducido por ARN (o RISC), cuyo componente con actividad de helicasa, Armitage, desenrolla el ARNi dúplex recién originado (proceso que requiere ATP), dejando ensamblado en RISC únicamente la cadena del ARNip que posee la secuencia complementaria al ARNm objetivo.

El pelotón RISC sale en busca del ARNm en cuestión. RISC empareja perfectamente al ARNip con el ARNm, formando un híbrido el cual es asistido por otro integrante, Ago, el cual arremete cortando en dos al ARNm inútil para la fabricación de proteínas. No contento con ello, RISC da el tiro de gracia a través de otro componente no identificado (aunque hay una fuerte evidencia de que pudiese tratarse de un miembro de la familia de las proteínas Ago), eliminando por completo los restos del ARNm recién abatido, al que degrada por completo.

En las plantas y ot ros organismos (excluyendo al humano), el fenómeno del ARNi se amplifica. Una vez formado el híbrido RISC - ARNm, la hebra antisentido del ARNip sirve como primer o cebador en la formación de moléculas de ARNdc de novo, comandada por una enzima ARN polimerasa dependiente de ARN (RdRP); así, se amplifica el proceso y la eficacia del silenciamiento genético.

De manera natural, la función primordial que se le atribuye al fenómeno del ARN de interferencia tiene que ver con el silenciamiento de elementos genéticos móviles (transposones), genes repetitivos y ARNviral. Se estima que este mecanismo de censura de genes surgió aproximadamente hace mil millones de años como un sistema de defensa contra estos elementos. Asimismo, se cree que con el paso del tiempo el ARNi comenzó a participar en procesos celulares tan importantes como el del desarrollo.

MicroARN: refuerzos internos

Si bien el mecanismo del ARNi surgió hace muchísimo tiempo, debe haber un mecanismo de control interno sobre este fenómeno. Ello induce a pensar que existen además refuerzos celulares que intervienen en el silenciamiento genético, y suponer que hay ARNdc que son codificados en el propio genoma del organismo. Lo anterior fue demostrado al encontrarse un nuevo tipo de ARN con capacidad similar a los ARNip para silenciar la expresión genética en la célula, al cual se le denominó microARN ( miARN) .

En la actualidad, se estima que el hombre posee de 200 a 250 genes de m iARN, lo que representa el uno por ciento aproximadamente del genoma humano. Este tipo sorprendente de genes habían pasado inadvertidos debido a que los programas informáticos no se habían afinado para identificar este tipo insólito de gen, cuyo producto final es un ARN y no una proteína.

El mecanismo de acción de los miARN es muy semejante al de un ARNip; la diferencia más notoria es su falta de complementariedad, lo que lo hace menos agresivo. Al ser codificados por el propio genoma de un organismo, el comienzo de la batalla tiene lugar en el núcleo, donde los genes de miA R N transcriben un A R N grande con horquilla, conocido como microA R N primario (pri-miA R N). Este es cercenado por la enzima nuclear Drosha, dando origen a A R Ns más cortos (70 nt) llamados “ m i c r oA R Ns precursores” (pre-miA R N). Exportados hacia el citoplasma, éstos se topan nuevamente con Dicer, la cual vuelve a escindirlos liberando microA R N maduros de doble cadena (21-22 nt de longitud).

De igual forma que los ARNip se ensamblan en RISC, los m iARN lo hacen también en un agregado similar, llamado complejo ribonucleoproetico (miRNP), que desenrolla al miARN dúplex por medio de las helicasas Gemin3 y Gemin4, dejando cargada la cadena de mayor complementariedad al A R Nm objetivo. Dada su falta de precisión, cuando el miRNP sale al frente para interceptar al ARNm, no ataca con la misma brutalidad que lo hace RISC, sino que se fija sobre la cadena del ARNm e interfiere con el transcurso de la traducción, eliminando por completo cualquier oportunidad de sintetizar su proteína .

Ya en el poder…

Aunque se ha avanzado a pasos agigantados sobre el conocimiento y comprensión del mecanismo del ARNi, falta aún mucho por esclarecer; no obstante, las aplicaciones reales y el potencial que este gran descubrimiento guarda en sus entrañas comienzan a materializarse de una manera tan asombrosa como lo fue el primer paso del hombre sobre nuestra luna.

Ent re los logros más representat ivos que se han obtenido en células humanas, debemos decir que se ha conseguido detener transitoriamente la proliferación del virus VIH, causante del sida, el de la poliomielitis y el de la hepatitis C y B. En algunas enfermedades relacionadas con la producción de proteínas aberrantes, como ocurre en ciertos tipos de cáncer, el ARNi promete ser de gran ayuda, y también se han observado prometedores resultados en las enfermedades de Machado- Joseph y de Alzheimer.

De explotar y aplicar racionalmente el mecanismo in vivo del ARNi, literalmente se puede silenciar la expresión genética de cualquier gen. Lo cual sin duda puede considerarse como otro “gran salto para la humanidad”.
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* Departamento de Hongos y Orquídeas, Xcaret. Rancho
Xcaret s/n, Playa del Carmen, Q. R., México, tel. (282)
8250284, correo electrónico: tiooye@hotmail.com.