Una transcriptasa inversa ( RT ) es una enzima que utiliza una molécula de ARN como plantilla para sintetizar una molécula de ADN complementaria, mediante un proceso denominado transcripción inversa . Virus como el VIH y el virus de la hepatitis B utilizan las transcriptasas inversas para replicar sus genomas, los retrotransposones utilizan elementos genéticos móviles para proliferar dentro del genoma del huésped y las células eucariotas utilizan las transcriptasas inversas para extender los telómeros en los extremos de sus cromosomas lineales . Este proceso no viola el flujo de información genética descrito por el dogma central clásico , sino que lo amplía para incluir la transferencia de información del ARN al ADN. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
La transcriptasa inversa retroviral posee tres actividades bioquímicas secuenciales: actividad de ADN polimerasa dependiente de ARN , ribonucleasa H (RNasa H) y actividad de ADN polimerasa dependiente de ADN. En conjunto, estas actividades permiten a la enzima convertir el ARN monocatenario en ADNc bicatenario. En retrovirus y retrotransposones, este ADNc puede ser endogenizado en el genoma del huésped, a partir del cual se pueden generar nuevas copias de ARN mediante transcripción celular . Esta misma secuencia de reacciones se utiliza ampliamente en el laboratorio para convertir ARN en ADN para su uso en clonación molecular , secuenciación de ARN , reacción en cadena de la polimerasa (PCR) o análisis genómico .
Historia
Las transcriptasas inversas fueron descubiertas por Howard Temin en la Universidad de Wisconsin-Madison en viriones del sarcoma de Rous [ 5 ] y aisladas independientemente por David Baltimore en 1970 en el MIT a partir de dos virus tumorales de ARN: el virus de la leucemia murina y nuevamente el virus del sarcoma de Rous . [ 6 ] Por sus logros, compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1975 (con Renato Dulbecco ).
La transcriptasa inversa se denominó inicialmente ADN polimerasa dependiente de ARN . El término "transcriptasa inversa" fue acuñado en una carta anónima a Nature , [ 7 ] donde apareció ya en agosto de 1970. [ 8 ]
Entre las transcriptasas inversas más estudiadas se incluyen:
- La transcriptasa inversa del VIH-1 ( PDB : 1HMV ) , del virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1, tiene dos subunidades, que tienen pesos moleculares respectivos de 66 y 51 kDa . [ 9 ]
- La transcriptasa inversa M-MLV del virus de la leucemia murina de Moloney es un monómero único de 75 kDa. [ 10 ]
- La transcriptasa inversa AMV del virus de la mieloblastosis aviar también tiene dos subunidades, una subunidad de 63 kDa y una subunidad de 95 kDa. [ 10 ]
- Transcriptora inversa de la telomerasa que mantiene los telómeros de los cromosomas eucariotas . [ 11 ]
Los complejos de ribonucleoproteínas de transcriptasa inversa asociada a la defensa (DRT) son una clase de sistemas antivirales procariotas compuestos porenzimas transcriptasa inversa y ARN no codificantes (ARNnc) asociados. Estos complejos funcionan como parte de los mecanismos de defensa de bacterias y arqueas contra la infección por bacteriófagos y se caracterizan por su capacidad para sintetizar ácidos nucleicos [ 12 ].
Función en los virus

Las enzimas están codificadas y son utilizadas por virus que emplean la retrotranscripción como paso previo en su proceso de replicación. Los virus de ARN con retrotranscripción , como los retrovirus , utilizan esta enzima para transcribir sus genomas de ARN a ADN, que luego se integra en el genoma del huésped y se replica junto con él. Los virus de ADN con retrotranscripción , como los hepadnavirus , pueden usar el ARN como plantilla para ensamblar y sintetizar cadenas de ADN. El VIH infecta a los humanos mediante esta enzima. Sin la retrotranscriptasa, el genoma viral no podría incorporarse a la célula huésped, lo que provocaría un fallo en la replicación.
Proceso de transcripción inversa o retrotranscripción
La transcriptasa inversa crea ADN de doble cadena a partir de una plantilla de ARN.
En las especies de virus con transcriptasa inversa que carecen de actividad de ADN polimerasa dependiente de ADN, la creación de ADN de doble cadena posiblemente pueda ser realizada por la ADN polimerasa δ codificada por el huésped , que confunde el ADN-ARN viral con un cebador y sintetiza un ADN de doble cadena mediante un mecanismo similar al de la eliminación del cebador , donde el ADN recién sintetizado desplaza la plantilla de ARN original.
El proceso de transcripción inversa, también llamado retrotranscripción, es extremadamente propenso a errores, y es durante esta etapa que pueden ocurrir mutaciones. Dichas mutaciones pueden causar resistencia a los medicamentos . [ 13 ]
transcripción inversa retroviral

Los retrovirus , también conocidos como virus ssRNA-RT de clase VI , son virus de ARN de transcripción inversa con un intermediario de ADN. Sus genomas constan de dos moléculas de ARN monocatenario de sentido positivo con una caperuza 5′ y una cola poliadenilada 3′ . Ejemplos de retrovirus incluyen el virus de la inmunodeficiencia humana ( VIH ) y el virus linfotrópico T humano ( HTLV ). La creación de ADN bicatenario ocurre en el citosol [ 14 ] como una serie de estos pasos:
- El ARNt lisilado actúa como un cebador y se hibrida con una parte complementaria del genoma del ARN del virus llamada sitio de unión del cebador o PBS.
- La transcriptasa inversa añade entonces nucleótidos de ADN al extremo 3′ del cebador, sintetizando ADN complementario a la región U5 (región no codificante) y a la región R (una repetición directa que se encuentra en ambos extremos de la molécula de ARN) del ARN viral.
- Un dominio de la enzima transcriptasa inversa, denominado ARNasa H, degrada las regiones U5 y R del extremo 5′ del ARN.
- El cebador de ARNt "salta" entonces al extremo 3′ del genoma viral, y las hebras de ADN recién sintetizadas se hibridan con la región R complementaria del ARN.
- El ADN complementario (ADNc) sintetizado en (1) se extiende aún más.
- La mayor parte del ARN viral es degradada por la ARNasa H, quedando solo la secuencia PP.
- Comienza la síntesis de la segunda cadena de ADN, utilizando el fragmento PP restante del ARN viral como cebador.
- El cebador de ARNt se separa y se produce un "salto".
- El PBS de la segunda hebra se hibrida con el PBS complementario de la primera hebra.
- Ambas hebras se extienden para formar una copia completa de ADN de doble cadena del genoma de ARN viral original, que luego puede ser incorporada al genoma del huésped por la enzima integrasa .
La creación de ADN de doble cadena también implica la transferencia de cadena , en la que se produce una translocación de un producto de ADN corto desde la síntesis inicial de ADN dependiente de ARN hacia las regiones de la plantilla aceptora en el otro extremo del genoma, que posteriormente son alcanzadas y procesadas por la transcriptasa inversa para su actividad de ADN dependiente de ADN. [ 15 ]
El ARN retroviral se organiza en dirección 5′ a 3′. El sitio donde el cebador se une al ARN viral se denomina sitio de unión del cebador (PBS). El extremo 5′ del ARN al sitio PBS se denomina U5, y el extremo 3′ se denomina líder. El cebador de ARNt se desenrolla entre los nucleótidos 14 y 22 y forma un dúplex con pares de bases con el ARN viral en el PBS. El hecho de que el PBS se encuentre cerca del extremo 5′ del ARN viral es inusual, ya que la transcriptasa inversa sintetiza ADN desde el extremo 3′ del cebador en dirección 5′ a 3′ (con respecto a la cadena de ADN recién sintetizada). Por lo tanto, el cebador y la transcriptasa inversa deben reubicarse en el extremo 3′ del ARN viral. Para lograr este reposicionamiento, se necesitan múltiples pasos y varias enzimas, incluyendo la ADN polimerasa , la ribonucleasa H (RNasa H) y el desenrollamiento de polinucleótidos. [ 16 ] [ 17 ]
La transcriptasa inversa del VIH también posee actividad ribonucleasa , que degrada el ARN viral durante la síntesis de ADNc, así como actividad ADN polimerasa dependiente de ADN , que copia la cadena de ADNc con sentido en una cadena de ADN antisentido para formar un intermediario de ADN viral de doble cadena (vADN). [ 18 ] Los elementos estructurales del ARN viral del VIH regulan la progresión de la transcripción inversa. [ 19 ]
En la vida celular
Los segmentos autorreplicantes de los genomas eucariotas, conocidos como retrotransposones, utilizan la transcriptasa inversa para moverse de una posición a otra en el genoma a través de un intermediario de ARN. Se encuentran abundantemente en los genomas de plantas y animales. La telomerasa es otra transcriptasa inversa presente en muchos eucariotas, incluidos los humanos, que contiene su propio ARN molde; este ARN se utiliza como molde para la replicación del ADN . [ 20 ]
Los primeros informes sobre la transcriptasa inversa en procariotas datan de 1971 en Francia ( Beljanski et al., 1971a, 1972) y, unos años después, en la URSS (Romashchenko, 1977 [ 21 ] ). Desde entonces, se han descrito ampliamente como parte de los retrones bacterianos , secuencias distintas que codifican la transcriptasa inversa y se utilizan en la síntesis de msDNA . Para iniciar la síntesis de ADN, se necesita un cebador. En las bacterias, el cebador se sintetiza durante la replicación. [ 22 ]
Valerian Dolja, de la Universidad Estatal de Oregón, sostiene que los virus, debido a su diversidad, han desempeñado un papel evolutivo en el desarrollo de la vida celular, con la transcriptasa inversa desempeñando un papel central. [ 23 ]
Estructura
La transcriptasa inversa emplea una estructura de "mano derecha" similar a la que se encuentra en otras polimerasas de ácidos nucleicos virales . [ 24 ] [ 25 ] Además de la función de transcripción, las transcriptasas inversas retrovirales tienen un dominio perteneciente a la familia de la RNasa H , que es vital para su replicación. Al degradar el molde de ARN, permite que se sintetice la otra hebra de ADN. [ 26 ] Algunos fragmentos de la digestión también sirven como cebador para la ADN polimerasa (ya sea la misma enzima o una proteína del huésped), responsable de hacer la otra hebra (positiva). [ 24 ]
Fidelidad de replicación
Existen tres sistemas de replicación diferentes durante el ciclo de vida de un retrovirus. El primer proceso consiste en la síntesis de ADN viral a partir de ARN viral mediante transcriptasa inversa, lo que da lugar a la formación de nuevas cadenas de ADN complementarias. El segundo proceso de replicación se produce cuando la ADN polimerasa celular del huésped replica el ADN viral integrado. Finalmente, la ARN polimerasa II transcribe el ADN proviral a ARN, que se empaquetará en los viriones. Pueden producirse mutaciones durante una o todas estas etapas de replicación. [ 27 ]
La transcriptasa inversa tiene una alta tasa de error al transcribir ARN a ADN, ya que, a diferencia de la mayoría de las demás ADN polimerasas , carece de capacidad de corrección de pruebas . Esta alta tasa de error permite que las mutaciones se acumulen a un ritmo acelerado en comparación con las formas de replicación con corrección de pruebas. Los manuales de las transcriptasas inversas disponibles comercialmente, producidas por Promega , indican tasas de error en el rango de 1 en 17 000 bases para AMV y 1 en 30 000 bases para M-MLV. [ 28 ]
Además de crear polimorfismos de un solo nucleótido , se ha demostrado que las transcriptasas inversas también participan en procesos como fusiones de transcritos , reordenamiento de exones y creación de transcritos antisentido artificiales . [ 29 ] [ 30 ] Se ha especulado que esta actividad de cambio de plantilla de la transcriptasa inversa, que puede demostrarse completamente in vivo , puede haber sido una de las causas de encontrar varios miles de transcritos no anotados en los genomas de organismos modelo. [ 31 ]
Cambio de plantilla
Dos genomas de ARN se empaquetan en cada partícula de retrovirus, pero, después de una infección, cada virus genera solo un provirus . [ 32 ] Después de la infección, la transcripción inversa se acompaña de un cambio de plantilla entre las dos copias del genoma (recombinación por elección de copia). [ 32 ] Hay dos modelos que sugieren por qué la transcriptasa de ARN cambia de plantilla. El primero, el modelo de elección de copia forzada, propone que la transcriptasa inversa cambia la plantilla de ARN cuando encuentra una muesca, lo que implica que la recombinación es obligatoria para mantener la integridad del genoma del virus. El segundo, el modelo de elección dinámica, sugiere que la transcriptasa inversa cambia las plantillas cuando la función de ARNasa y la función de polimerasa no están sincronizadas en cuanto a la velocidad, lo que implica que la recombinación ocurre al azar y no es una respuesta al daño genómico. Un estudio de Rawson et al. apoyó ambos modelos de recombinación. [ 32 ] De 5 a 14 eventos de recombinación por genoma ocurren en cada ciclo de replicación. [ 33 ] El cambio de plantilla (recombinación) parece ser necesario para mantener la integridad del genoma y como mecanismo de reparación para rescatar genomas dañados. [ 34 ] [ 32 ]
evolución artificial independiente
Todas las transcriptasas inversas naturales conocidas evolucionaron a partir de un ancestro sin capacidad de corrección de errores, lo que provoca la baja fidelidad mencionada anteriormente. En 2016, los científicos utilizaron con éxito la evolución dirigida para modificar la ADN polimerasa Tko , que posee capacidad de corrección de errores, y convertirla en lo que denominan una xenotranscriptasa de transcripción inversa (RTX). Esta nueva enzima es capaz de copiar y corregir plantillas de ARN y ADN. Se espera que mejore la precisión en la secuenciación de ARN y otras formas de RT-PCR. [ 35 ]
Aplicaciones

Medicamentos antivirales
Dado que el VIH utiliza la transcriptasa inversa para copiar su material genético y generar nuevos virus (como parte de un ciclo de proliferación de retrovirus), se han diseñado fármacos específicos para interrumpir este proceso y, por lo tanto, suprimir su crecimiento. En conjunto, estos fármacos se conocen como inhibidores de la transcriptasa inversa e incluyen los análogos de nucleósidos y nucleótidos zidovudina (nombre comercial Retrovir), lamivudina (Epivir) y tenofovir (Viread), así como inhibidores no nucleosídicos, como la nevirapina (Viramune).
Biología molecular
La transcriptasa inversa se utiliza comúnmente en investigación para aplicar la técnica de reacción en cadena de la polimerasa al ARN, en una técnica denominada reacción en cadena de la polimerasa con transcripción inversa (RT-PCR). La técnica clásica de PCR solo se puede aplicar a cadenas de ADN , pero, con la ayuda de la transcriptasa inversa, el ARN se puede transcribir a ADN, lo que permite el análisis de moléculas de ARN mediante PCR . La transcriptasa inversa también se utiliza para crear bibliotecas de ADNc a partir de ARNm . La disponibilidad comercial de la transcriptasa inversa mejoró enormemente el conocimiento en el campo de la biología molecular, ya que, junto con otras enzimas , permitió a los científicos clonar, secuenciar y caracterizar el ARN. La transcriptasa inversa RTx mencionada anteriormente está disponible comercialmente. [ 36 ]
Véase también
Referencias
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Enlaces externos
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- Biología molecular
- Enzimas virales
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- 1970 en biología
- Virus de transcripción inversa de ARN