Articulo de referencia

ARN mensajero

El ciclo de vida del ARNm en una célula eucariota . El ARN se transcribe en el núcleo ; tras su procesamiento , se transporta al citoplasma y se traduce mediante el ribosoma . F...

El ciclo de vida del ARNm en una célula eucariota . El ARN se transcribe en el núcleo ; tras su procesamiento , se transporta al citoplasma y se traduce mediante el ribosoma . Finalmente, el ARNm se degrada.

El ácido ribonucleico mensajero ( ARNm ) es una molécula de ARN monocatenaria que corresponde a la secuencia genética de un gen y es leída por un ribosoma en el proceso de síntesis de una proteína . [ 1 ] [ 2 ]

El ARNm se crea durante el proceso de transcripción , donde una enzima ( ARN polimerasa ) convierte el gen en ARNm transcrito primario (también conocido como pre-ARNm ). [ 3 ] [ 4 ] Este pre-ARNm generalmente aún contiene intrones , regiones que no codificarán la secuencia final de aminoácidos . Estos se eliminan en el proceso de empalme de ARN , dejando solo exones , regiones que codificarán la proteína. [ 5 ] [ 6 ] Esta secuencia de exones constituye el ARNm maduro . El ARNm maduro es leído por el ribosoma, y ​​el ribosoma crea la proteína utilizando aminoácidos transportados por el ARN de transferencia (ARNt). Este proceso se conoce como traducción . [ 1 ] Todos estos procesos forman parte del dogma central de la biología molecular , que describe el flujo de información genética en un sistema biológico. [ 7 ]

Al igual que en el ADN , la información genética en el ARNm está contenida en la secuencia de nucleótidos , que se organizan en codones formados por tres ribonucleótidos cada uno. Cada codón codifica un aminoácido específico , excepto los codones de parada , que finalizan la síntesis de proteínas. [ 1 ] La traducción de codones a aminoácidos requiere otros dos tipos de ARN: el ARN de transferencia, que reconoce el codón y proporciona el aminoácido correspondiente, y el ARN ribosómico (ARNr), el componente central de la maquinaria de síntesis de proteínas del ribosoma. [ 1 ]

El concepto de ARNm fue concebido por primera vez por Sydney Brenner y Francis Crick en 1960 durante una conversación con François Jacob . [ 8 ] En mayo de 1961, el ARN mensajero fue caracterizado experimentalmente en dos artículos consecutivos de Nature : uno de Brenner, Jacob y Meselson, y otro de Gros y colegas (incluido Watson). [ 9 ] [ 10 ] Mientras analizaban los datos para su publicación, Jacob y Jacques Monod acuñaron el término "ARN mensajero". [ 11 ]

Síntesis

La ARN polimerasa transcribe una cadena de ADN para formar ARNm.

La breve existencia de una molécula de ARNm comienza con la transcripción y, finalmente, termina con la degradación. Durante su vida, una molécula de ARNm también puede ser procesada, editada y transportada antes de la traducción. [ 5 ] [ 6 ] Las moléculas de ARNm eucariotas a menudo requieren un procesamiento y transporte extensos, mientras que las moléculas de ARNm procariotas no. [ 5 ] [ 12 ] Una molécula de ARNm eucariota y las proteínas que la rodean se denominan conjuntamente RNP mensajero [ 13 ] .

Transcripción

La transcripción es el proceso mediante el cual la información genética almacenada en el ADN se copia en ARN por la enzima ARN polimerasa . [ 3 ] Durante la transcripción, la ARN polimerasa se une a una secuencia promotora en el ADN y sintetiza una cadena de ARN complementaria (ARNm) a partir de la plantilla de ADN. [ 4 ] [ 3 ]

Este proceso difiere entre procariotas y eucariotas. En procariotas, la transcripción ocurre en el citoplasma. [ 4 ] Debido a que los procariotas carecen de un núcleo rodeado por membrana, los ribosomas pueden unirse a la cadena de ARNm naciente y comenzar la traducción mientras la transcripción aún está en curso. [ 12 ]

En los eucariotas, la transcripción ocurre dentro del núcleo celular. [ 6 ] El producto inicial de la transcripción no es ARNm funcional, sino que se denomina ARNm precursor o pre-ARNm . [ 5 ] Este pre-ARNm debe someterse a un procesamiento extenso (que incluye la adición de una caperuza 5', el empalme para eliminar intrones no codificantes y la poliadenilación 3') para convertirse en ARNm maduro . [ 5 ] [ 6 ] Una vez procesado, el ARNm maduro se exporta del núcleo al citoplasma para su traducción. [ 6 ]

Sustitución de timina por uracilo

Mientras que el ADN contiene timina (T), el ARN contiene uracilo (U). [ 14 ] Durante el proceso de transcripción, la enzima ARN polimerasa incorpora uracilo frente a las bases de adenina ubicadas en la cadena molde de ADN. Por lo tanto, el transcrito de ARN resultante contiene uracilo en las posiciones donde la cadena codificante de ADN contiene timina. [ 14 ] [ 3 ]

Estructuralmente, los pares de bases uracilo-adenina (U-A) se asemejan mucho a los pares de bases timina-adenina (T-A), lo que garantiza que la información genética que contiene la secuencia se conserve fielmente. [ 3 ]

Una explicación frecuentemente citada para la presencia de timina en el ADN se relaciona con la necesidad de mantenimiento del genoma. Dado que la citosina puede desaminarse espontáneamente para formar uracilo, los sistemas de reparación del ADN reconocen el uracilo como una forma de daño. La utilización de timina como base estándar permite a la célula distinguir las bases legítimas de los errores, manteniendo así el uracilo como una señal específica para la reparación. [ 15 ]

Procesamiento del pre-ARNm eucariota

El gen del ADN se transcribe a pre-ARNm, que luego se procesa para formar un ARNm maduro, y finalmente es traducido por un ribosoma a una proteína.

El procesamiento del ARNm difiere enormemente entre eucariotas , bacterias y arqueas . [ 5 ] [ 3 ] El ARNm no eucariota, en esencia, madura tras la transcripción y no requiere procesamiento, salvo en casos excepcionales. [ 16 ] Sin embargo, el pre-ARNm eucariota requiere varios pasos de procesamiento antes de su transporte al citoplasma y su traducción por el ribosoma.

Empalme

El extenso procesamiento del pre-ARNm eucariota que conduce al ARNm maduro es el empalme de ARN , un mecanismo mediante el cual se eliminan los intrones o outrones (regiones no codificantes) y se unen los exones (regiones codificantes). [ 17 ] [ 18 ]

adición de tapa de 5'

Estructura de tapa de 5 pies

Una caperuza 5' (también denominada caperuza de ARN, caperuza de ARN 7-metilguanosina o caperuza de ARN m 7 G) es un nucleótido de guanina modificado que se ha añadido al extremo 5' de un ARN mensajero eucariota poco después del inicio de la transcripción. La caperuza 5' consta de un residuo terminal de 7-metilguanosina unido mediante un enlace 5'-5'-trifosfato al primer nucleótido transcrito. Su presencia es fundamental para el reconocimiento por el ribosoma y la protección contra las ARNasas . [ 19 ]

La adición de la caperuza está acoplada a la transcripción y ocurre de forma cotranscripcional, de modo que ambas influyen en la otra. Poco después del inicio de la transcripción, el extremo 5' del ARNm que se está sintetizando se une a un complejo de síntesis de caperuza asociado a la ARN polimerasa . Este complejo enzimático cataliza las reacciones químicas necesarias para la adición de la caperuza al ARNm. La síntesis se lleva a cabo como una reacción bioquímica de múltiples pasos . [ 20 ]

Edición

En algunos casos, se edita una molécula de ARNm , lo que cambia la composición de nucleótidos del transcrito. Un ejemplo destacado en humanos involucra el ARNm de la apolipoproteína B. En ciertos tejidos, la edición de ARN de este transcrito crea un codón de parada prematuro, lo que resulta en la producción de una variante proteica más corta. Otro mecanismo bien estudiado es la edición de A a I (adenosina a inosina). Esta reacción es catalizada por enzimas ADAR (adenosina desaminasa que actúa sobre el ARN) y generalmente ocurre dentro de regiones de ARN de doble cadena. La edición de A a I puede ocurrir tanto en secuencias codificantes como en regiones no traducidas. A través de estas modificaciones, el proceso puede afectar la recodificación de proteínas, la estructura del ARN y la regulación génica. [ 21 ]

Poliadenilación

Poliadenilación

La poliadenilación es la unión covalente de una fracción poliadenililo a una molécula de ARN mensajero. En organismos eucariotas, la mayoría de las moléculas de ARN mensajero (ARNm) están poliadeniladas en el extremo 3', pero estudios recientes han demostrado que también son comunes los segmentos cortos de uridina (oligouridilación). [ 22 ] La cola de poli(A) y la proteína unida a ella ayudan a proteger el ARNm de la degradación por exonucleasas. La poliadenilación también es importante para la terminación de la transcripción, la exportación del ARNm del núcleo y la traducción. [ 5 ] [ 6 ] El ARNm también puede poliadenilarse en organismos procariotas, donde las colas de poli(A) actúan para facilitar, en lugar de impedir, la degradación exonucleolítica. [ 23 ]

La poliadenilación ocurre durante y/o inmediatamente después de la transcripción del ADN a ARN. [ 5 ] Después de que la transcripción ha terminado, la cadena de ARNm se escinde por la acción de un complejo de endonucleasa asociado con la ARN polimerasa. Después de que el ARNm se ha escindido, se agregan alrededor de 200–250 residuos de adenosina al extremo 3' libre en el sitio de escisión. Esta reacción es catalizada por la poliadenilato polimerasa . [ 5 ] [ 3 ] Al igual que en el empalme alternativo , puede haber más de una variante de poliadenilación de un ARNm.

Pueden producirse mutaciones en el sitio de poliadenilación. El transcrito primario de ARN de un gen se escinde en el sitio de adición de poli(A), y se añaden aproximadamente 150-250 adenosinas al extremo 3′ del ARN como una cola de poli(A). [ 24 ] Si este sitio se altera, la escisión y la poliadenilación pueden desplazarse a un sitio de poli(A) posterior, produciendo un ARNm anormalmente largo e inestable. [ 25 ]

Transporte

Otra diferencia entre eucariotas y procariotas es el transporte de ARNm. Debido a que la transcripción y la traducción eucariotas están separadas en compartimentos, los ARNm eucariotas deben exportarse del núcleo al citoplasma , un proceso que puede estar regulado por diferentes vías de señalización. [ 26 ] Los ARNm maduros son reconocidos por sus modificaciones procesadas y luego exportados a través del poro nuclear mediante la unión a las proteínas de unión a la caperuza CBP20 y CBP80, [ 27 ] así como al complejo de transcripción/exportación (TREX). [ 28 ] [ 29 ] Se han identificado múltiples vías de exportación de ARNm en eucariotas. [ 30 ]

En células espacialmente complejas, algunos ARNm se transportan a destinos subcelulares específicos. En neuronas maduras , ciertos ARNm se transportan desde el soma a las dendritas . Un sitio de traducción de ARNm se encuentra en los polirribosomas localizados selectivamente debajo de las sinapsis. [ 31 ] El ARNm de Arc/Arg3.1 se induce por la actividad sináptica y se localiza selectivamente cerca de las sinapsis activas en función de las señales generadas por los receptores NMDA . [ 32 ] Otros ARNm también se mueven hacia las dendritas en respuesta a estímulos externos, como el ARNm de β-actina . [ 33 ] Para su exportación desde el núcleo, el ARNm de actina se asocia con ZBP1 [ 34 ] y posteriormente con la subunidad 40S . El complejo se une a una proteína motora y se transporta a la ubicación objetivo ( extensión de la neurita ) a lo largo del citoesqueleto . Finalmente, ZBP1 es fosforilado por Src para que se inicie la traducción. [ 35 ] En las neuronas en desarrollo, los ARNm también se transportan a los axones en crecimiento y especialmente a los conos de crecimiento. Muchos ARNm están marcados con los llamados "códigos postales", que dirigen su transporte a una ubicación específica. [ 36 ] [ 37 ] Los ARNm también pueden transferirse entre células de mamíferos a través de estructuras llamadas nanotubos de túnel . [ 38 ] [ 39 ]

Traducción

Traducción del ARNm a proteína

Debido a que el ARNm procariota no necesita ser procesado ni transportado, la traducción por el ribosoma puede comenzar inmediatamente después de finalizar la transcripción. Por lo tanto, se puede decir que la traducción procariota está acoplada a la transcripción y ocurre cotranscripcionalmente . [ 40 ]

En las células eucariotas, el proceso de traducción comienza con la información almacenada en la secuencia de nucleótidos del ADN . Esta se transforma primero en ARNm, y luego el ARN de transferencia (ARNt) especifica qué codón de tres nucleótidos del código genético corresponde a qué aminoácido. [ 41 ]

El ARNm eucariota que ha sido procesado y transportado al citoplasma (es decir, ARNm maduro) puede ser traducido por los ribosomas. La traducción puede ocurrir en ribosomas libres en el citoplasma o dirigida al retículo endoplasmático por la partícula de reconocimiento de señal . Por lo tanto, a diferencia de los procariotas, la traducción eucariota no está directamente acoplada a la transcripción. En algunos contextos, la abundancia de proteínas puede aumentar incluso cuando la abundancia de ARNm disminuye, porque la eficiencia de la traducción y el recambio proteico se regulan independientemente de los niveles de transcripción; esto se ha informado para los niveles de ARNm y proteína de EEF1A1 en el cáncer de mama . [ 42 ] [ 43 ]

Estructura

Estructura de un ARNm eucariota maduro. Un ARNm completamente procesado incluye una caperuza 5' , una región 5' UTR , una región codificante , una región 3' UTR y una cola de poli(A).

Regiones de codificación

Las regiones codificantes están compuestas por codones , que son decodificados y traducidos en proteínas por el ribosoma; en eucariotas generalmente en uno y en procariotas generalmente en varios. Las regiones codificantes comienzan con el codón de inicio y terminan con un codón de parada . En general, el codón de inicio es un triplete AUG y el codón de parada es UAG ("ámbar"), UAA ("ocre") o UGA ("ópalo"). [ 1 ] Las regiones codificantes tienden a estabilizarse mediante pares de bases internas; esto impide la degradación. [ 44 ] [ 45 ] Además de ser codificantes de proteínas, porciones de las regiones codificantes pueden servir como secuencias reguladoras en el pre-ARNm como potenciadores o silenciadores del empalme exónico .

Regiones no traducidas

Estructura universal del ARNm eucariota, que muestra la estructura de las regiones UTR 5' y 3'.

Las regiones no traducidas (UTR) son secciones del ARNm antes del codón de inicio y después del codón de parada que no se traducen, denominadas región no traducida 5' (5' UTR) y región no traducida 3' (3' UTR), respectivamente. [ 46 ] Estas regiones se transcriben con la región codificante y, por lo tanto, son exónicas , ya que están presentes en el ARNm maduro. [ 5 ] Se han atribuido varias funciones en la expresión génica a las regiones no traducidas, incluyendo la estabilidad del ARNm, la localización del ARNm y la eficiencia de la traducción . La capacidad de una UTR para realizar estas funciones depende de la secuencia de la UTR y puede diferir entre los ARNm. [ 46 ] Las variantes genéticas en la 3' UTR también se han relacionado con la susceptibilidad a enfermedades debido al cambio en la estructura del ARN y la traducción de proteínas. [ 47 ]

La estabilidad de los ARNm puede estar controlada por la región 5' UTR y/o la región 3' UTR debido a la afinidad variable por las enzimas degradadoras de ARN llamadas ribonucleasas y por las proteínas auxiliares que pueden promover o inhibir la degradación del ARN. [ 46 ] (Véase también, Elemento de estabilidad rico en citosina ).

La eficiencia de la traducción, incluyendo a veces la inhibición completa de la traducción, puede ser controlada por las UTR. [ 46 ] Las proteínas que se unen a las UTR 3' o 5' pueden afectar la traducción al influir en la capacidad del ribosoma para unirse al ARNm. [ 46 ] Los microARN unidos a la UTR 3' también pueden afectar la eficiencia de la traducción o la estabilidad del ARNm. [ 48 ] [ 49 ]

Se cree que la localización citoplasmática del ARNm es una función de la región 3' UTR. [ 46 ] Las proteínas que se necesitan en una región particular de la célula también pueden traducirse allí; en tal caso, la región 3' UTR puede contener secuencias que permiten que el transcrito se localice en esta región para su traducción. [ 33 ]

Algunos de los elementos contenidos en las regiones no traducidas forman una estructura secundaria característica al transcribirse a ARN. Estos elementos estructurales del ARNm participan en la regulación del ARNm. [ 46 ] Algunos, como el elemento SECIS , son dianas para la unión de proteínas. [ 50 ] Una clase de elementos del ARNm, los ribointerruptores , se unen directamente a moléculas pequeñas, cambiando su plegamiento para modificar los niveles de transcripción o traducción. En estos casos, el ARNm se autorregula. [ 51 ]

Cola de poli(A)

La cola de poli(A) 3' es una larga secuencia de nucleótidos de adenina (a menudo varios cientos) que se añade al extremo 3' del pre-ARNm. Esta cola promueve la exportación del núcleo y la traducción, y protege al ARNm de la degradación. [ 5 ] [ 6 ]

ARNm monocistrónico versus policistrónico

Se dice que una molécula de ARNm es monocistrónica cuando contiene la información genética para traducir solo una cadena de proteína (polipéptido). Este es el caso de la mayoría de los ARNm eucariotas . [ 52 ] [ 53 ] Por otro lado, el ARNm policistrónico contiene varios marcos de lectura abiertos (ORF), cada uno de los cuales se traduce en un polipéptido. Estos polipéptidos generalmente tienen una función relacionada (a menudo son las subunidades que componen una proteína compleja final) y su secuencia codificante se agrupa y regula en una región reguladora, que contiene un promotor y un operador . La mayor parte del ARNm que se encuentra en bacterias y arqueas es policistrónico, [ 52 ] al igual que el genoma mitocondrial humano. [ 54 ] El ARNm dicistrónico o bicistrónico codifica solo dos proteínas .

circularización del ARNm

Circularización y regulación del ARNm

En eucariotas, las moléculas de ARNm forman estructuras circulares debido a una interacción entre la proteína eIF4E y la proteína de unión a poli(A) , las cuales se unen a eIF4G , formando un puente ARNm-proteína-ARNm. [ 55 ] Se cree que la circularización promueve el ciclo de los ribosomas en el ARNm, lo que conduce a una traducción eficiente en el tiempo, y también puede funcionar para asegurar que solo se traduzcan los ARNm intactos (los ARNm parcialmente degradados característicamente no tienen caperuza m7G ni cola de poli(A)). [ 56 ]

Existen otros mecanismos de circularización, particularmente en virus. En varios virus de ARN, las interacciones de ARN de largo alcance y/o los puentes mediados por proteínas entre los extremos 5' y 3' pueden promover la traducción y la replicación del genoma. [ 57 ]

Los genomas de los virus de ARN (cuyas cadenas + se traducen como ARNm) también suelen circularizarse. [ 58 ]

Degradación

Los distintos ARNm dentro de la misma célula tienen vidas medias (estabilidades) distintas. En las células bacterianas, los ARNm individuales pueden sobrevivir desde segundos hasta más de una hora. Sin embargo, la vida media es de entre 1 y 3 minutos, lo que hace que el ARNm bacteriano sea mucho menos estable que el ARNm eucariota. [ 59 ] En las células de mamíferos, las vidas medias del ARNm varían desde varios minutos hasta días. [ 60 ] Cuanto mayor sea la estabilidad de un ARNm, más proteína se puede producir a partir de ese ARNm. [ 1 ] La vida media limitada del ARNm permite a una célula modificar rápidamente la síntesis de proteínas en respuesta a sus necesidades cambiantes. [ 1 ] Hay muchos mecanismos que conducen a la destrucción de un ARNm, algunos de los cuales se describen a continuación.

Degradación del ARNm procariótico

Descripción general de las vías de degradación del ARNm en los diferentes dominios de la vida.

En general, en procariotas la vida media del ARNm es mucho más corta que en eucariotas. Los procariotas degradan los mensajes utilizando una combinación de ribonucleasas, incluidas endonucleasas , exonucleasas 3' y exonucleasas 5'. [ 5 ] En algunos casos, pequeñas moléculas de ARN (ARNp) de decenas a cientos de nucleótidos de longitud pueden estimular la degradación de ARNm específicos mediante el apareamiento de bases con secuencias complementarias y facilitando la escisión por ribonucleasa mediante RNasa III . [ 5 ] Recientemente se demostró que las bacterias también tienen una especie de capuchón 5' que consiste en un trifosfato en el extremo 5' . [ 61 ] La eliminación de dos de los fosfatos deja un monofosfato 5', lo que provoca que el mensaje sea destruido por la exonucleasa RNasa J, que degrada de 5' a 3'.

recambio de ARNm eucariota

Dentro de las células eucariotas, existe un equilibrio entre los procesos de traducción y degradación del ARNm. Los mensajes que se están traduciendo activamente suelen estar asociados con factores de unión a la caperuza y de iniciación de la traducción, así como con la proteína de unión a poli(A) , que puede antagonizar la desadenilación y la eliminación de la caperuza y ayudar a proteger los extremos del ARNm de la maquinaria de degradación. [ 5 ] El equilibrio entre traducción y degradación se refleja en el tamaño y la abundancia de estructuras citoplasmáticas conocidas como cuerpos P. [ 62 ] La cola de poli(A) del ARNm se acorta mediante exonucleasas especializadas que se dirigen a ARN mensajeros específicos mediante una combinación de secuencias reguladoras cis en el ARN y proteínas de unión a ARN de acción trans. [ 5 ] Se cree que la eliminación de la cola de poli(A) interrumpe la estructura circular del mensaje y desestabiliza el complejo de unión a la caperuza . El mensaje queda entonces sujeto a degradación por el complejo exosomal o el complejo de eliminación de la caperuza . [ 5 ] De esta forma, los mensajes inactivos traslacionalmente pueden destruirse rápidamente, mientras que los mensajes activos permanecen intactos. El mecanismo por el cual se detiene la traducción y el mensaje se transfiere a los complejos de degradación no se comprende en detalle. [ 5 ] Se creía que la mayor parte de la degradación del ARNm era citoplasmática; sin embargo, recientemente se describió una nueva vía de degradación del ARNm que comienza en el núcleo. [ 63 ]

Desintegración de elementos ricos en AU

La presencia de elementos ricos en AU en algunos ARNm de mamíferos tiende a desestabilizar esos transcritos a través de la acción de proteínas celulares que se unen a estas secuencias y estimulan la eliminación de la cola de poli(A) . [ 64 ] [ 65 ] Se cree que la pérdida de la cola de poli(A) promueve la degradación del ARNm al facilitar el ataque tanto del complejo exosoma [ 65 ] como del complejo de descapuchamiento . [ 66 ] La degradación rápida del ARNm a través de elementos ricos en AU es un mecanismo crítico para prevenir la sobreproducción de citocinas potentes como el factor de necrosis tumoral (TNF) y el factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos (GM-CSF). [ 67 ] Los elementos ricos en AU también regulan la biosíntesis de factores de transcripción protooncogénicos como c-Jun y c-Fos . [ 64 ]

Degradación mediada por sinsentido

Los mensajes eucariotas están sujetos a vigilancia mediante la degradación mediada por codones de terminación prematura (NMD), que comprueba la presencia de codones de terminación prematuros (codones sin sentido) en el mensaje. Estos pueden surgir por empalme incompleto, recombinación V(D)J en el sistema inmunitario adaptativo , mutaciones en el ADN, errores de transcripción, escaneo con fugas por el ribosoma que causa un cambio de marco de lectura y otras causas. La detección de un codón de terminación prematura desencadena la degradación del ARNm por eliminación de la caperuza 5', eliminación de la cola de poli(A) 3' o escisión endonucleolítica . [ 68 ]

ARN de interferencia pequeño (siRNA)

En los metazoos , los ARN pequeños de interferencia (siRNA) procesados ​​por Dicer se incorporan a un complejo conocido como complejo de silenciamiento inducido por ARN o RISC. Este complejo contiene una endonucleasa que corta los mensajes perfectamente complementarios a los que se une el siRNA. Los fragmentos de ARNm resultantes son luego destruidos por exonucleasas . El siRNA se usa comúnmente en laboratorios para bloquear la función de genes en cultivos celulares. Se cree que forma parte del sistema inmunitario innato como defensa contra los virus de ARN de doble cadena. [ 69 ]

MicroARN (miRNA)

Los microARN (miARN) son ARN pequeños que suelen ser parcialmente complementarios a secuencias en los ARN mensajeros de los metazoos. [ 70 ] [ 71 ] La unión de un miARN a un mensaje puede reprimir la traducción de ese mensaje y acelerar la eliminación de la cola de poli(A), acelerando así la degradación del ARNm. El mecanismo de acción de los miARN es objeto de intensa investigación. [ 72 ] [ 49 ]

Otros mecanismos de descomposición

Existen otras formas en que los mensajes pueden degradarse, incluyendo la degradación continua y el silenciamiento por ARN que interactúa con Piwi (piRNA), entre otras. [ 5 ] [ 73 ]

Aplicaciones

La administración de una secuencia de ARN mensajero modificada con nucleósidos puede hacer que una célula produzca una proteína, la cual, a su vez, podría tratar directamente una enfermedad o funcionar como vacuna ; de forma más indirecta, la proteína podría inducir la diferenciación de una célula madre endógena de la manera deseada. [ 74 ] [ 75 ]

Los principales desafíos de la terapia con ARN se centran en administrar el ARN a las células adecuadas. [ 76 ] Entre los desafíos se incluyen el hecho de que las secuencias de ARN desnudo se degradan naturalmente después de su preparación; pueden desencadenar que el sistema inmunitario del cuerpo las ataque como invasoras; y son impermeables a la membrana celular . [ 75 ] Una vez dentro de la célula, deben abandonar el mecanismo de transporte celular para actuar en el citoplasma , que alberga los ribosomas necesarios . [ 74 ]

Superando estos desafíos, el ARNm como terapia se propuso por primera vez en 1989 "tras el desarrollo de una técnica de transfección in vitro de amplia aplicación". [ 77 ] En la década de 1990, se desarrollaron vacunas de ARNm para el cáncer personalizado, generalmente utilizando ARNm no modificado. [ 78 ] Las terapias basadas en ARNm continúan investigándose como método de tratamiento para el cáncer, así como para enfermedades autoinmunes, metabólicas e inflamatorias respiratorias. [ 79 ] Las terapias de edición genética, como CRISPR, también pueden beneficiarse del uso de ARNm para inducir a las células a producir la proteína Cas deseada . [ 76 ]

Desde la década de 2010, las vacunas de ARN y otras terapias de ARN se han considerado "una nueva clase de fármacos". [ 79 ] Las primeras vacunas basadas en ARNm recibieron autorización restringida y se implementaron en todo el mundo durante la pandemia de COVID-19 por la vacuna contra la COVID-19 de Pfizer-BioNTech y Moderna , por ejemplo. [ 80 ] El Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2023 fue otorgado a Katalin Karikó y Drew Weissman por el desarrollo de vacunas de ARNm eficaces contra la COVID-19. [ 81 ] [ 82 ] [ 83 ] Los nuevos enfoques para modular los niveles de ARN como terapia incluyen el uso de oligonucleótidos antisentido, incluso para enfermedades del neurodesarrollo asociadas con una alta mortalidad. [ 84 ]

Historia

Varios estudios de biología molecular a principios de la década de 1950 sugirieron que el ARN desempeñaba un papel en la síntesis de proteínas, aunque su función específica seguía sin estar clara. [ 8 ] Por ejemplo, en uno de los primeros informes, Ayaka Stephanie Hogg y su equipo demostraron que la síntesis de ARN era necesaria para la síntesis de proteínas, específicamente durante la producción de la enzima β-galactosidasa en la bacteria E. coli . [ 85 ] Arthur Pardee también encontró una acumulación de ARN similar en 1954. [ 86 ] En 1953, Alfred Hershey , June Dixon y Martha Chase estudiaron E. coli infectada con el bacteriófago T2 e informaron que el ADN de la bacteria disminuía mientras que el ADN del fago se acumulaba dentro de las células infectadas (incluido el ADN que contenía 5-hidroximetilcitosina). [ 87 ] En retrospectiva, esto se ha discutido como parte de la cadena de observaciones que condujeron al concepto de ARNm, y no se reconoció como tal en ese momento. [ 8 ]

La idea del ARNm fue concebida por primera vez por Sydney Brenner y Francis Crick el 15 de abril de 1960 en el King's College de Cambridge , mientras François Jacob les hablaba de un experimento reciente realizado por Arthur Pardee , el propio Monod (el llamado experimento PaJaMo, que no demostró la existencia del ARNm, pero sugirió su posibilidad). Con el apoyo de Crick, Brenner y Jacob se dispusieron de inmediato a probar esta nueva hipótesis y contactaron con Matthew Meselson en el Instituto Tecnológico de California (Caltech) para solicitar su ayuda. Durante el verano de 1960, Brenner, Jacob y Meselson llevaron a cabo un experimento en el laboratorio de Meselson en Caltech, el primero en demostrar la existencia del ARNm. Ese otoño, Jacob y Monod acuñaron el nombre de "ARN mensajero" y desarrollaron el primer marco teórico para explicar su función. [ 8 ]

En febrero de 1961, James Watson reveló que su grupo de investigación en Harvard había estado muy cerca de ellos con una serie de experimentos cuyos resultados apuntaban prácticamente en la misma dirección. Brenner y los demás accedieron a la petición de Watson de retrasar la publicación de sus hallazgos. Como resultado, los artículos de Brenner y Watson se publicaron simultáneamente en el mismo número de Nature en mayo de 1961, mientras que ese mismo mes, Jacob y Monod publicaron su marco teórico para el ARNm en el Journal of Molecular Biology . [ 8 ]

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

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  • Atlas de ARN de interferencia : una base de datos de bibliotecas de ARN de interferencia y los resultados de su análisis de objetivos.
  • miRSearch Archivado el 4 de diciembre de 2012 en Wayback Machine : Herramienta para encontrar microARN que actúan sobre el ARNm
  • ¿Cómo se codifica el ARNm? : Vídeo de YouTube
  • ¿Qué es el ARNm? : theconversation.com