microARN

Los microARN ( microARN , miRNA , μRNA ) son pequeñas moléculas de ARN monocatenario no codificante que contienen entre 21 y 23 nucleótidos . ^{[ 1 ]} Presentes en plantas, animales e incluso algunos virus, los miRNA participan en el silenciamiento del ARN y la regulación postranscripcional de la expresión génica . ^{[ 2 ] [ 3 ]} Los miRNA se aparean con secuencias complementarias en las moléculas de ARN mensajero (ARNm), ^{[ 4 ]} y luego silencian dichas moléculas de ARNm mediante uno o más de los siguientes procesos: ^{[ 1 ] [ 5 ]} 

• Dividiendo la cadena de ARNm en dos fragmentos.
• Desestabilizar el ARNm acortando su cola de poli(A) .
• Reduciendo la traducción del ARNm a proteínas.

En las células de los seres humanos y otros animales, los miRNA actúan principalmente desestabilizando el ARNm. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Los miRNA se asemejan a los ARN pequeños de interferencia (siRNA) de la vía de interferencia de ARN (ARNi) , excepto que los miRNA derivan de regiones de transcritos de ARN que se pliegan sobre sí mismas para formar horquillas cortas (horquillas), mientras que los siRNA derivan de regiones más largas de ARN de doble cadena . ^{[ 2 ]} El genoma humano puede codificar más de 1900 miRNA, ^{[ 8 ] [ 9 ]} Sin embargo, solo alrededor de 500  miRNA humanos representan miRNA genuinos en la base de datos de genes de miRNA curada manualmente MirGeneDB . ^{[ 10 ]}

Los miRNAs son abundantes en muchos tipos de células de mamíferos. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Parecen dirigirse a aproximadamente el 60% de los genes de los humanos y otros mamíferos. ^{[ 13 ] [ 14 ]} Muchos miRNAs están conservados evolutivamente , lo que implica que tienen funciones biológicas importantes. ^{[ 15 ] [ 1 ]} Por ejemplo, 90 familias de miRNAs se han conservado desde al menos el ancestro común de mamíferos y peces, y la mayoría de estos miRNAs conservados tienen funciones importantes, como lo demuestran estudios en los que se han eliminado genes para uno o más miembros de una familia en ratones. ^{[ 1 ]}

En 2024, los científicos estadounidenses Victor Ambros y Gary Ruvkun fueron galardonados con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su trabajo sobre el descubrimiento del miRNA y su papel en la regulación génica postranscripcional . ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

El primer miRNA se descubrió a principios de la década de 1990. ^{[ 19 ]} Sin embargo, no se reconocieron como una clase distinta de reguladores biológicos hasta principios de la década de 2000. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} La investigación reveló diferentes conjuntos de miRNA expresados ​​en diferentes tipos de células y tejidos ^{[ 12 ] [ 25 ]} y múltiples funciones para los miRNA en el desarrollo de plantas y animales y en muchos otros procesos biológicos. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]} La expresión aberrante de miRNA está implicada en estados patológicos. Se están investigando terapias basadas en miRNA. ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]}

El primer miRNA fue descubierto en 1993 por un grupo liderado por Victor Ambros e integrado por Lee y Feinbaum. Sin embargo, para comprender mejor su modo de acción, fue necesario el trabajo publicado simultáneamente por el equipo de Gary Ruvkun, integrado por Wightman y Ha. ^{[ 19 ] [ 37 ]} Estos grupos publicaron artículos consecutivos sobre el gen lin-4 , conocido por controlar el momento del desarrollo larvario de C.  elegans mediante la represión del gen lin-14 . Cuando Lee et al. aislaron el miRNA lin-4 , descubrieron que, en lugar de producir un ARNm que codificara una proteína, producía ARN cortos no codificantes , uno de los cuales era un ARN de ~22 nucleótidos que contenía secuencias parcialmente complementarias a múltiples secuencias en la región 3' UTR del ARNm lin-14 . ^{[ 19 ]} Se propuso que esta complementariedad inhibía la traducción del ARNm lin-14 a la proteína LIN-14. En aquel momento, se pensaba que el ARN pequeño lin-4 era una peculiaridad de los nematodos .

En 2000, se caracterizó un segundo ARN pequeño: el ARN let-7 , que reprime a lin-41 para promover una transición de desarrollo posterior en C.  elegans . ^{[ 20 ]} Se descubrió que el ARN let-7 se conserva en muchas especies, lo que llevó a sugerir que el ARN let-7 y otros "ARN temporales pequeños" podrían regular el momento del desarrollo en diversos animales, incluidos los humanos. ^{[ 21 ]}

Un año después, se descubrió que los ARN lin-4 y let-7 formaban parte de una gran clase de ARN pequeños presentes en C.  elegans , Drosophila y células humanas. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} Los numerosos ARN de esta clase se asemejaban a los ARN lin-4 y let-7 , excepto que sus patrones de expresión solían ser inconsistentes con una función en la regulación del momento del desarrollo. Esto sugería que la mayoría podría funcionar en otros tipos de vías reguladoras. En este punto, los investigadores comenzaron a utilizar el término "microARN" para referirse a esta clase de ARN reguladores pequeños. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

La primera enfermedad humana asociada con la desregulación de los miRNAs fue la leucemia linfocítica crónica . En este trastorno, los miRNAs tienen una doble función, actuando como supresores tumorales y oncogenes. ^{[ 38 ]}

Según un sistema de nomenclatura estándar, se asignan nombres a los miRNAs confirmados experimentalmente antes de su publicación. ^{[ 39 ] [ 40 ]} Para los miRNAs animales, el prefijo "miR" va seguido de un guion y un número, que a menudo indica el orden de denominación. Por ejemplo, miR-124 fue nombrado y probablemente descubierto antes que miR-456. Un "miR-" con mayúscula se refiere a la forma madura del miRNA, mientras que "mir-" sin mayúscula se refiere al pre-miRNA y al pri - miRNA. ^{[ 41 ]} La convención para nombrar los miRNAs de plantas excluye el guion; por ejemplo, miR156 o miR172 son miRNAs de plantas bien descritos. ^{[ 42 ]} Los genes que codifican los miRNAs también se nombran utilizando el mismo prefijo de tres letras de acuerdo con las convenciones de la nomenclatura de genes de organismos. Por ejemplo, los nombres oficiales de los genes de miRNA en algunos organismos son mir-1 en C. elegans y Drosophila, Mir1 en Rattus norvegicus, MIR25 en humanos y MIR156 y MIR172 en Arabidopsis. ^{[ 43 ]}

Los miRNAs con secuencias casi idénticas, excepto por uno o dos nucleótidos, se anotan con una letra minúscula adicional. Por ejemplo, miR-124a está estrechamente relacionado con miR-124b. Por ejemplo:

hsa-miR-181a :aacauucaACgcugucggugAgu

hsa-miR-181b :aacauucaUUgcugucggugGgu

Los pre-miRNAs, pri -miRNAs y genes que dan lugar a miRNAs maduros idénticos al 100%, pero que se encuentran en diferentes regiones del genoma, se indican con un sufijo adicional de guion y número. Por ejemplo, los pre-miRNAs hsa -mir-194-1 y hsa -mir-194-2 dan lugar a un miRNA maduro idéntico ( hsa -miR-194), pero provienen de genes ubicados en diferentes regiones del genoma. ^{[ 43 ]}

La especie de origen se designa con un prefijo de tres letras; por ejemplo, hsa -miR-124 es un miRNA humano ( Homo sapiens ) y oar-miR-124 es un miRNA de oveja ( Ovis aries ). Otros prefijos comunes incluyen "v" para viral (miRNA codificado por un genoma viral) y "d" para miRNA de Drosophila (una mosca de la fruta comúnmente estudiada en investigación genética).

Cuando dos microARN maduros se originan de brazos opuestos del mismo pre-miARN y se encuentran en cantidades aproximadamente similares, se les añade el sufijo -3p o -5p. (Anteriormente, esta distinción también se hacía con "s" ( sentido ) y "as" (antisentido)). Sin embargo, el microARN maduro que se encuentra en un brazo de la horquilla suele ser mucho más abundante que el que se encuentra en el otro brazo, ^{[ 2 ]} en cuyo caso, un asterisco después del nombre indica la especie madura que se encuentra en niveles bajos en el brazo opuesto de una horquilla. Por ejemplo, miR-124 y miR-124* comparten una horquilla de pre-miARN, pero se encuentra mucho más miR-124 en la célula.

Los miRNAs de las plantas suelen tener un emparejamiento casi perfecto con sus ARNm diana, lo que induce la represión génica mediante la escisión de los transcritos diana. ^{[ 26 ] [ 44 ]} En contraste, los miRNAs de los animales pueden reconocer sus ARNm diana utilizando tan solo 6-8 nucleótidos (la región semilla) en el extremo 5' del miRNA, ^{[ 13 ] [ 45 ] [ 46 ]} lo cual no es un emparejamiento suficiente para inducir la escisión de los ARNm diana. ^{[ 4 ]} La regulación combinatoria es una característica de la regulación de miRNA en animales. ^{[ 4 ] [ 47 ]} Un miRNA dado puede tener cientos de ARNm diana diferentes, y una diana dada puede ser regulada por múltiples miRNAs. ^{[ 14 ] [ 48 ]}

Las estimaciones del número promedio de ARN mensajeros únicos que son dianas de represión por un miRNA típico varían, dependiendo del método de estimación, ^{[ 49 ]} pero múltiples enfoques muestran que los miRNA de mamíferos pueden tener muchas dianas únicas. Por ejemplo, un análisis de los miRNA altamente conservados en vertebrados muestra que cada uno tiene, en promedio, aproximadamente 400 dianas conservadas. ^{[ 14 ]} Asimismo, los experimentos muestran que una sola especie de miRNA puede reducir la estabilidad de cientos de ARN mensajeros únicos. ^{[ 50 ]} Otros experimentos muestran que una sola especie de miRNA puede reprimir la producción de cientos de proteínas, pero que esta represión suele ser relativamente leve (mucho menor que 2 veces). ^{[ 51 ] [ 52 ]}

Hasta el 40% de los genes de miRNA pueden estar ubicados en los intrones o incluso en los exones de otros genes. ^{[ 53 ]} Estos suelen encontrarse, aunque no exclusivamente, en una orientación de sentido, ^{[ 54 ] [ 55 ]} y, por lo tanto, suelen estar regulados junto con sus genes hospedadores. ^{[ 53 ] [ 56 ] [ 57 ]}

La plantilla de ADN no determina por completo la producción de miRNA maduros: el 6 % de los miRNA humanos presentan edición de ARN ( isomiRs ), una modificación específica de secuencias de ARN que produce compuestos diferentes a los codificados por su ADN. Esto amplía la diversidad y el alcance de la acción de los miRNA más allá de lo que implica el genoma por sí solo.

Procesamiento nuclear

Un único pri-miRNA puede contener de uno a seis precursores de miRNA. Estas estructuras en horquilla están compuestas por aproximadamente 70 nucleótidos cada una. Cada horquilla está flanqueada por secuencias necesarias para un procesamiento eficiente.

La estructura de ARN de doble cadena (dsRNA) de las horquillas en un pri-miRNA es reconocida por una proteína nuclear conocida como Región Crítica del Síndrome de DiGeorge 8 (DGCR8 o "Pasha" en invertebrados ), llamada así por su asociación con el Síndrome de DiGeorge . DGCR8 se asocia con la enzima Drosha , una proteína que corta el ARN, para formar el complejo microprocesador . ^{[ 61 ] [ 62 ]} En este complejo, DGCR8 orienta el dominio catalítico RNasa III de Drosha para liberar las horquillas de los pri-miRNAs mediante la escisión del ARN a unos once nucleótidos de la base de la horquilla (un giro helicoidal de dsRNA en el tallo). ^{[ 63 ] [ 64 ]} El producto resultante tiene un saliente de dos nucleótidos en su extremo 3'; tiene grupos hidroxilo 3' y fosfato 5'. A menudo se le denomina pre-miRNA (precursor-miRNA). Se han identificado motivos de secuencia posteriores al pre-miRNA que son importantes para un procesamiento eficiente. ^{[ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]}

Los pre-miRNAs que se extraen directamente de los intrones, evitando el complejo microprocesador, se conocen como " mirtrones ". ^{[ 68 ]} Se han encontrado mirtrones en Drosophila , C. elegans y mamíferos. ^{[ 68 ] [ 69 ]}

Hasta un 16 % de los pre-miRNAs pueden alterarse mediante la edición nuclear del ARN . ^{[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]} Generalmente, las enzimas conocidas como adenosina desaminasas que actúan sobre el ARN (ADARs) catalizan las transiciones de adenosina a inosina (A a I). ​​La edición del ARN puede detener el procesamiento nuclear (por ejemplo, del pri-miR-142, lo que lleva a su degradación por la ribonucleasa Tudor-SN) y alterar los procesos posteriores, incluido el procesamiento citoplasmático del miRNA y la especificidad del objetivo (por ejemplo, al cambiar la región semilla del miR-376 en el sistema nervioso central). ^{[ 70 ]}

Exportación nuclear

Las horquillas de pre-miRNA se exportan del núcleo en un proceso que involucra al transportador nucleocitoplasmático Exportina-5 . Esta proteína, miembro de la familia de las carioferinas , reconoce un saliente de dos nucleótidos dejado por la enzima RNasa III Drosha en el extremo 3' de la horquilla de pre-miRNA. El transporte al citoplasma mediado por Exportina-5 depende de la energía, utilizando guanosina trifosfato (GTP) unido a la proteína Ran . ^{[ 73 ]}

El miRNA maduro forma parte de un complejo de silenciamiento inducido por ARN (RISC) activo que contiene Dicer y muchas proteínas asociadas. ^{[ 81 ]} El RISC también se conoce como complejo de ribonucleoproteína de microARN (miRNP); ^{[ 82 ]} Un RISC con miRNA incorporado a veces se denomina "miRISC".

Se cree que el procesamiento del pre-miRNA por Dicer está acoplado al desenrollamiento del dúplex. Generalmente, solo una hebra se incorpora al miRISC, seleccionada en función de su inestabilidad termodinámica y un apareamiento de bases más débil en el extremo 5' en relación con la otra hebra. ^{[ 83 ] [ 84 ] [ 85 ]} La posición de la horquilla también puede influir en la elección de la hebra. ^{[ 86 ]} La otra hebra, llamada hebra pasajera debido a sus niveles más bajos en el estado estacionario, se denota con un asterisco (*) y normalmente se degrada. En algunos casos, ambas hebras del dúplex son viables y se convierten en miRNA funcionales que se dirigen a diferentes poblaciones de ARNm. ^{[ 87 ]}

Los miembros de la familia de proteínas Argonaute (Ago) son fundamentales para la función del RISC. Los argonautas son necesarios para el silenciamiento inducido por miRNA y contienen dos dominios de unión a ARN conservados: un dominio PAZ que puede unirse al extremo 3' monocatenario del miRNA maduro y un dominio PIWI que se asemeja estructuralmente a la ribonucleasa-H y funciona para interactuar con el extremo 5' de la cadena guía. Se unen al miRNA maduro y lo orientan para interactuar con un ARNm diana. Algunos argonautas, por ejemplo, el Ago2 humano, escinden directamente los transcritos diana; los argonautas también pueden reclutar proteínas adicionales para lograr la represión traslacional. ^{[ 88 ]} El genoma humano codifica ocho proteínas argonauta divididas por similitudes de secuencia en dos familias: AGO (con cuatro miembros presentes en todas las células de mamíferos y llamados E1F2C/hAgo en humanos) y PIWI (que se encuentra en la línea germinal y las células madre hematopoyéticas). ^{[ 82 ] [ 88 ]}

Los componentes adicionales de RISC incluyen TRBP [proteína de unión al ARN de respuesta transactivadora (TAR) del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH)], ^{[ 89 ]} PACT (proteína activadora de la proteína quinasa inducida por interferón ), el complejo SMN, la proteína de retraso mental del cromosoma X frágil (FMRP), la proteína Tudor que contiene el dominio de nucleasa estafilocócica (Tudor-SN), la supuesta helicasa de ADN MOV10 y la proteína TNRC6B que contiene el motivo de reconocimiento de ARN . ^{[ 73 ] [ 90 ] [ 91 ]}

La renovación de los miRNA maduros es necesaria para los cambios rápidos en los perfiles de expresión de miRNA. Durante la maduración de los miRNA en el citoplasma, se cree que la captación por la proteína Argonaute estabiliza la hebra guía, mientras que la hebra opuesta (o "pasajera") se destruye preferentemente. En lo que se ha denominado una estrategia de "úsalo o piérdelo", Argonaute puede retener preferentemente los miRNA con muchos objetivos sobre los miRNA con pocos o ningún objetivo, lo que lleva a la degradación de las moléculas no diana. ^{[ 94 ]}

La degradación de los miRNA maduros en Caenorhabditis elegans está mediada por la exorribonucleasa 5'-a-3' XRN2 , también conocida como Rat1p. ^{[ 95 ]} En las plantas, los miembros de la familia SDN (nucleasa degradadora de ARN pequeño) degradan los miRNA en la dirección opuesta (3'-a-5'). En los genomas animales se encuentran enzimas similares, pero sus funciones no han sido descritas. ^{[ 94 ]}

Varias modificaciones de miRNA afectan su estabilidad. Como lo indican estudios en el organismo modelo Arabidopsis thaliana (berro de Thale), los miRNA maduros de plantas parecen estabilizarse mediante la adición de grupos metilo en el extremo 3'. Los grupos metilo conjugados con 2'-O bloquean la adición de residuos de uracilo (U) por las enzimas uridiltransferasas , una modificación que puede estar asociada con la degradación de miRNA. Sin embargo, la uridilación también puede proteger algunos miRNA; las consecuencias de esta modificación no se comprenden completamente. Se ha informado de la uridilación de algunos miRNA animales. Tanto los miRNA de plantas como los de animales pueden alterarse mediante la adición de residuos de adenina (A) al extremo 3' del miRNA. Una A adicional añadida al final del miR-122 de mamíferos , un miRNA enriquecido en el hígado e importante en la hepatitis C , estabiliza la molécula, y los miRNA de plantas que terminan con un residuo de adenina tienen tasas de degradación más lentas. ^{[ 94 ]}

La función de los miRNAs parece estar en la regulación génica. Para ello, un miRNA es complementario a una parte de uno o más ARN mensajeros (ARNm). Los miRNAs animales suelen ser complementarios a un sitio en la región 3' UTR, mientras que los miRNAs vegetales suelen ser complementarios a las regiones codificantes de los ARNm. ^{[ 97 ]} El apareamiento de bases perfecto o casi perfecto con el ARN diana promueve la escisión del ARN. ^{[ 98 ]} Este es el modo principal de los miRNAs vegetales. ^{[ 99 ]} En los animales, los emparejamientos son imperfectos.

Para que los microARN parcialmente complementarios reconozcan sus dianas, los nucleótidos 2-7 del miRNA (su 'región semilla' ^{[ 13 ] [ 45 ]} ) deben ser perfectamente complementarios. ^{[ 100 ]} Los miRNA animales inhiben la traducción de proteínas del ARNm diana ^{[ 101 ]} (esto está presente, pero es menos común en plantas). ^{[ 99 ]} Los microARN parcialmente complementarios también pueden acelerar la desadenilación , lo que provoca que los ARNm se degraden antes. ^{[ 102 ]} Si bien la degradación del ARNm diana del miRNA está bien documentada, se debate intensamente si la represión traslacional se logra a través de la degradación del ARNm, la inhibición traslacional o una combinación de ambas. Trabajos recientes sobre miR-430 en pez cebra, así como sobre bantam-miRNA y miR-9 en células cultivadas de Drosophila , muestran que la represión traslacional es causada por la interrupción de la iniciación de la traducción , independientemente de la desadenilación del ARNm. ^{[ 103 ] [ 104 ]}

Los miRNAs ocasionalmente también causan modificación de histonas y metilación del ADN en sitios promotores , lo que afecta la expresión de genes diana. ^{[ 105 ] [ 106 ]}

Se describen nueve mecanismos de acción de los miRNA y se reúnen en un modelo matemático unificado: ^{[ 96 ]}

• Inhibición de la iniciación de Cap-40S;
• Inhibición de la unión de la subunidad ribosomal 60S;
• Inhibición de la elongación;
• Caída del ribosoma (terminación prematura);
• Degradación cotraduccional de proteínas nacientes;
• Secuestro en cuerpos P ;
• Degradación (desestabilización) del ARNm;
• escisión del ARNm;
• Inhibición transcripcional mediante la reorganización de la cromatina mediada por microARN, seguida del silenciamiento génico.

A menudo es imposible discernir estos mecanismos utilizando datos experimentales sobre velocidades de reacción estacionarias. Sin embargo, se diferencian en su dinámica y presentan diferentes características cinéticas . ^{[ 96 ]}

A diferencia de los microARN de las plantas, los microARN de los animales se dirigen a diversos genes. ^{[ 45 ]} Sin embargo, los genes involucrados en funciones comunes a todas las células, como la expresión génica, tienen relativamente menos sitios diana de microARN y parecen estar sujetos a selección para evitar ser diana de los microARN. ^{[ 107 ]} Existe una fuerte correlación entre la regulación génica de ITPR y mir-92 y mir-19. ^{[ 108 ]}

El ARN bicatenario (dsRNA) también puede activar la expresión génica , un mecanismo que se ha denominado "activación génica inducida por ARN pequeños" o RNAa . Los dsRNA que se dirigen a los promotores génicos pueden inducir una potente activación transcripcional de los genes asociados. Esto se demostró en células humanas utilizando dsRNA sintéticos denominados ARN activadores pequeños (saRNA) ^{[ 109 ]} , pero también se ha demostrado para microARN endógenos ^{[ 110 ] .}

Se cree que las interacciones entre los microARN y las secuencias complementarias en genes e incluso pseudogenes que comparten homología de secuencia constituyen un canal de comunicación indirecto que regula los niveles de expresión entre genes parálogos (genes con una estructura similar que indican divergencia de un gen ancestral común). Denominados "ARN endógenos competitivos" ( ceRNA ), estos microARN se unen a "elementos de respuesta a microARN" en genes y pseudogenes, y podrían ofrecer otra explicación para la persistencia del ADN no codificante . ^{[ 111 ]}

Los miRNAs también se encuentran como miRNAs circulantes extracelulares . ^{[ 112 ]} Los miRNAs circulantes se liberan en fluidos corporales, incluyendo sangre y líquido cefalorraquídeo , y tienen el potencial de estar disponibles como biomarcadores en varias enfermedades. ^{[ 112 ] [ 113 ]} Algunas investigaciones muestran que la carga de ARNm de los exosomas puede tener un papel en la implantación, pueden destruir una adhesión entre el trofoblasto y el endometrio o apoyar la adhesión regulando negativamente o positivamente la expresión de genes involucrados en la adhesión/invasión. ^{[ 114 ]}

Además, los miRNA como miR-183/96/182 parecen desempeñar un papel clave en el ritmo circadiano . ^{[ 115 ]}

Los miRNAs están bien conservados tanto en plantas como en animales, y se consideran un componente vital y evolutivamente antiguo de la regulación genética. ^{[ 116 ] [ 117 ] [ 118 ] [ 119 ] [ 120 ]} Si bien los componentes centrales de la vía de los microARN se conservan entre plantas y animales , los repertorios de miRNA en ambos reinos parecen haber surgido independientemente con diferentes modos de acción primarios. ^{[ 121 ] [ 122 ]}

Los microARN son marcadores filogenéticos útiles debido a su tasa de evolución aparentemente baja. ^{[ 123 ]} El origen de los microARN como mecanismo regulador se desarrolló a partir de la maquinaria de ARN de interferencia (ARNi) previa, que inicialmente se utilizaba como defensa contra material genético exógeno, como los virus. ^{[ 124 ]} Su origen pudo haber permitido el desarrollo de la innovación morfológica y, al hacer que la expresión génica fuera más específica y "ajustable con precisión", permitió la génesis de órganos complejos ^{[ 125 ]} y quizás, en última instancia, la vida compleja. ^{[ 120 ]} Los rápidos estallidos de innovación morfológica generalmente se asocian con una alta tasa de acumulación de microARN. ^{[ 123 ] [ 125 ]}

Los nuevos microARN se crean de múltiples maneras. Los microARN novedosos pueden originarse a partir de la formación aleatoria de horquillas en secciones "no codificantes" del ADN (es decir, intrones o regiones intergénicas), pero también por la duplicación y modificación de microARN existentes. ^{[ 126 ]} Los microARN también pueden formarse a partir de duplicaciones invertidas de secuencias codificantes de proteínas, lo que permite la creación de una estructura de horquilla plegada. ^{[ 127 ]} La tasa de evolución (es decir, sustitución de nucleótidos) en los microARN originados recientemente es comparable a la de otras partes del ADN no codificante, lo que implica evolución por deriva neutra; sin embargo, los microARN más antiguos tienen una tasa de cambio mucho menor (a menudo menos de una sustitución por cada cien millones de años), ^{[ 120 ]} lo que sugiere que una vez que un microARN adquiere una función, se somete a selección purificadora. ^{[ 126 ]} Las regiones individuales dentro de un gen de miRNA enfrentan diferentes presiones evolutivas, donde las regiones que son vitales para el procesamiento y la función tienen mayores niveles de conservación. ^{[ 128 ]} En este punto, un microARN rara vez se pierde del genoma de un animal, ^{[ 120 ]} aunque los microARN más recientes (por lo tanto, presumiblemente no funcionales) se pierden con frecuencia. ^{[ 126 ]} En Arabidopsis thaliana , se ha predicho que el flujo neto de genes de miRNA está entre 1,2 y 3,3 genes por millón de años. ^{[ 129 ]} Esto los convierte en un valioso marcador filogenético, y se los está considerando como una posible solución a problemas filogenéticos pendientes, como las relaciones de los artrópodos . ^{[ 130 ]} Por otro lado, en múltiples casos los microARN se correlacionan mal con la filogenia, y es posible que su concordancia filogenética refleje en gran medida un muestreo limitado de microARN. ^{[ 131 ]}

Los microARN están presentes en los genomas de la mayoría de los organismos eucariotas, desde las algas pardas ^{[ 132 ]} hasta los animales. Sin embargo, la diferencia en cómo funcionan y se procesan estos microARN sugiere que surgieron de forma independiente en plantas y animales. ^{[ 133 ]}

Centrándonos en los animales, el genoma de Mnemiopsis leidyi ^{[ 134 ]} parece carecer de microARN reconocibles, así como de las proteínas nucleares Drosha y Pasha , que son cruciales para la biogénesis canónica de los microARN. Es el único animal del que se ha informado hasta ahora que carece de Drosha. Los microARN desempeñan un papel vital en la regulación de la expresión génica en todos los animales no ctenóforos investigados hasta el momento, excepto en Trichoplax adhaerens , el primer miembro conocido del filo Placozoa . ^{[ 135 ]}

En todas las especies, se habían identificado más de 5000 miRNAs diferentes para marzo de 2010. ^{[ 136 ]} Si bien en las bacterias existen secuencias cortas de ARN (50  a cientos de pares de bases) con una función ampliamente comparable, las bacterias carecen de microARN verdaderos. ^{[ 137 ]}

Mientras los investigadores se centraban en la expresión de miRNA en procesos fisiológicos y patológicos, surgieron diversas variables técnicas relacionadas con el aislamiento de microARN. Se ha cuestionado la estabilidad de las muestras de miRNA almacenadas. ^{[ 79 ]} Los microARN se degradan mucho más fácilmente que los ARNm, en parte debido a su longitud, pero también debido a la presencia ubicua de RNasas . Esto hace necesario enfriar las muestras en hielo y utilizar equipos libres de RNasas . ^{[ 138 ]}

La expresión de microARN se puede cuantificar en un proceso de reacción en cadena de la polimerasa de dos pasos de RT-PCR modificada seguida de PCR cuantitativa . Variaciones de este método logran cuantificación absoluta o relativa. ^{[ 139 ]} Los miRNA también se pueden hibridar a microarrays , portaobjetos o chips con sondas para cientos o miles de dianas de miRNA, de modo que se pueden determinar los niveles relativos de miRNA en diferentes muestras. ^{[ 140 ]} Los microARN se pueden descubrir y perfilar mediante métodos de secuenciación de alto rendimiento ( secuenciación de microARN ). ^{[ 141 ]} La actividad de un miRNA se puede inhibir experimentalmente utilizando un oligo de ácido nucleico bloqueado (LNA) , un oligo de morfolino ^{[ 142 ] [ 143 ]} o un oligo de ARN 2'-O-metilado. ^{[ 144 ]} Un miRNA específico se puede silenciar mediante un antagomir complementario . La maduración de microARN se puede inhibir en varios puntos mediante oligos bloqueadores estéricos. ^{[ 145 ]} El sitio diana del miRNA en un transcrito de ARNm también puede bloquearse mediante un oligonucleótido de bloqueo estérico. ^{[ 146 ]} Para la detección "in situ" de miRNA, se pueden utilizar sondas LNA ^{[ 147 ]} o Morpholino ^{[ 148 ]} . La conformación bloqueada de LNA da como resultado propiedades de hibridación mejoradas y aumenta la sensibilidad y la selectividad, lo que la hace ideal para la detección de miRNA cortos. ^{[ 149 ]}

La cuantificación de alto rendimiento de los miRNA es propensa a errores debido a la mayor varianza (en comparación con los ARNm ) que conlleva problemas metodológicos. Por lo tanto, la expresión de ARNm se analiza a menudo para comprobar los efectos de los miRNA en sus niveles (p. ej., en ^{[ 150 ]} ). Se pueden utilizar bases de datos para emparejar datos de ARNm y miRNA que predicen dianas de miRNA en función de su secuencia de bases. ^{[ 151 ] [ 152 ]} Si bien esto se suele hacer después de que se hayan detectado los miRNA de interés (p. ej., debido a altos niveles de expresión), se han propuesto ideas para herramientas de análisis que integren información de expresión de ARNm y miRNA. ^{[ 153 ] [ 154 ]}

Así como el miRNA participa en el funcionamiento normal de las células eucariotas, la desregulación del miRNA también se ha asociado con enfermedades. Una base de datos pública y curada manualmente, miR2Disease, documenta las relaciones conocidas entre la desregulación del miRNA y las enfermedades humanas. ^{[ 155 ]}

Cáncer

La primera enfermedad humana conocida asociada con la desregulación de miRNA fue la leucemia linfocítica crónica . ^{[ 159 ]} Muchos otros miRNA también tienen vínculos con el cáncer y, por consiguiente, a veces se les denomina " oncomirs ". ^{[ 160 ]} En las células B malignas, los miRNA participan en vías fundamentales para el desarrollo de las células B, como la señalización del receptor de células B (BCR), la migración/adhesión de células B, las interacciones célula-célula en nichos inmunitarios y la producción y el cambio de clase de las inmunoglobulinas. Los miRNA influyen en la maduración de las células B, la generación de células B pre, de la zona marginal, foliculares, B1, plasmáticas y de memoria. ^{[ 161 ]}

Otro papel de los miRNA en los cánceres es utilizar su nivel de expresión para el pronóstico. En muestras de CPNM , niveles bajos de miR-324Los niveles de miR-185 pueden servir como indicador de una supervivencia deficiente. ^{[ 162 ]} Tanto los niveles altos de miR-185 como los niveles bajos de miR-133b pueden correlacionarse con metástasis y una supervivencia deficiente en el cáncer colorrectal . ^{[ 163 ]}

Además, es posible que ciertos miRNAs específicos estén asociados con subtipos histológicos de cáncer colorrectal. Por ejemplo, se ha demostrado que los niveles de expresión de miR-205 y miR-373 aumentan en los cánceres colorrectales mucinosos y en los cánceres de colon asociados a la colitis ulcerosa productores de mucina, pero no en el adenocarcinoma de colon esporádico que carece de componentes mucinosos. ^{[ 164 ]} Estudios in vitro sugieren que miR-205 y miR-373 pueden inducir funcionalmente diferentes características de la progresión neoplásica asociada a la mucina en las células epiteliales intestinales. ^{[ 164 ]}

La proliferación de células de carcinoma hepatocelular puede surgir de la interacción de miR-21 con MAP2K3, un gen represor de tumores. ^{[ 165 ]} El tratamiento óptimo para el cáncer implica identificar con precisión a los pacientes para una terapia estratificada por riesgo. Aquellos con una respuesta rápida al tratamiento inicial pueden beneficiarse de regímenes de tratamiento truncados, lo que muestra el valor de las medidas precisas de respuesta a la enfermedad. Los miRNA circulantes libres de células (cimiRNA) son altamente estables en sangre, se sobreexpresan en el cáncer y son cuantificables dentro del laboratorio de diagnóstico. En el linfoma de Hodgkin clásico , el miR-21, miR-494 y miR-1973 plasmáticos son biomarcadores prometedores de respuesta a la enfermedad. ^{[ 166 ]} Los miRNA circulantes tienen el potencial de ayudar en la toma de decisiones clínicas y ayudar en la interpretación de la tomografía por emisión de positrones combinada con tomografía computarizada . Se pueden realizar en cada consulta para evaluar la respuesta a la enfermedad y detectar recaídas.

Los microARN tienen el potencial de ser utilizados como herramientas o dianas para el tratamiento de diferentes tipos de cáncer. ^{[ 167 ]} Se ha descubierto que el microARN específico, miR-506, actúa como antagonista tumoral en varios estudios. Se encontró que un número significativo de muestras de cáncer de cuello uterino presentaban una expresión reducida de miR-506. Además, miR-506 promueve la apoptosis de las células de cáncer de cuello uterino a través de su diana directa, el factor de transcripción de la vía Hedgehog, Gli3. ^{[ 168 ] [ 169 ]}

Los miRNAs se consideran reguladores clave de muchos procesos de desarrollo, homeostáticos e inmunitarios en las plantas. ^{[ 229 ]} Sus funciones en el desarrollo de las plantas incluyen el desarrollo del meristemo apical del tallo , el crecimiento de las hojas, la formación de flores, la producción de semillas o la expansión de las raíces. ^{[ 230 ] [ 231 ] [ 232 ] [ 233 ]} Además, desempeñan un papel complejo en las respuestas a diversos estreses abióticos, como el estrés térmico, el estrés por bajas temperaturas, el estrés por sequía, el estrés lumínico o la exposición a la radiación gamma. ^{[ 229 ]}

Los microARN virales desempeñan un papel importante en la regulación de la expresión génica de genes virales y/o del huésped para beneficio del virus . Por lo tanto, los miRNA desempeñan un papel clave en las interacciones huésped-virus y la patogénesis de las enfermedades virales . ^{[ 234 ] [ 235 ]} Se cree que la expresión de activadores de la transcripción por el ADN del herpesvirus humano-6 está regulada por miRNA virales. ^{[ 236 ]}

Los miRNAs pueden unirse a los transcritos de ARN mensajero (ARNm) diana de los genes codificadores de proteínas y controlar negativamente su traducción o causar la degradación del ARNm. Es de vital importancia identificar con precisión las dianas de los miRNAs. ^{[ 237 ]} Se dispone de una comparación del rendimiento predictivo de dieciocho algoritmos in silico . ^{[ 238 ]} Estudios a gran escala sobre la acción de los miRNAs funcionales sugieren que muchos miRNAs funcionales pueden pasar desapercibidos para los algoritmos de predicción de dianas. ^{[ 226 ]}