Riborregulador

Los riborreguladores traslacionales regulan la capacidad de un complejo ribosómico para escanear, ensamblar y/o traducir una molécula de ARN en una proteína. En los riborreguladores traslacionales, la molécula de ARN se reprime o desreprime según su estructura secundaria . Generalmente, se introducen estructuras sensibles a señales en la región 5' no traducida ( 5' UTR ) de las moléculas de ARN mediante técnicas estándar de biología molecular.

Como descubrió Marilyn Kozak , el complejo ribosómico pequeño ( 40S ) escanea una molécula de ARN desde la región 5' no traducida hasta el codón de inicio. Cuando el complejo encuentra una estructura secundaria, debe desintegrarla para alcanzar el codón de inicio o se desprenderá de la molécula. ^{[ 3 ]} El complejo se mueve a través de la región no traducida hasta que se detiene justo antes de alcanzar el codón de inicio porque encuentra una secuencia altamente conservada (una secuencia consenso de Kozak en eucariotas o una secuencia de Shine-Dalgarno en procariotas ). El complejo detenido se combina entonces con el ribosoma grande ( 60S ) para comenzar a traducir el ARN en proteína.

Lechner inventó el primer riborregulador en 1991. ^{[ 2 ]} Lechner utilizó un bucle de tallo autoapareado que inhibía la traducción de un ARN procariota , a menos que estuviera presente una secuencia de ARN complementaria (antiinhibidor). En 1997, Black diseñó el primer riborregulador eucariota utilizando moléculas antisentido para prevenir la traducción (ARN Nucline). ^{[ 1 ]} En el sistema Nucline, las moléculas antisentido bloquean la traducción a menos que se eliminen mediante hibridación competitiva y desplazamiento de cadena por secuencias de ARN señal específicas, como el ARN del VIH y el ARN de oncogenes. ^{[ 4 ]} En 2003, Black demostró que el ARN Nucline podía realizar operaciones booleanas y aritméticas ( If-then-else , puerta AND , puerta OR y cálculos de "Concentración molar de x > concentración molar de y") en monocitos infectados por el VIH y células de cáncer de mama . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

En 2004, Isaacs et al. modificaron el sistema original de Lechner para demostrar la represión tanto trans como cis en células procariotas. ^{[ 7 ]} Bayer y Smolke desarrollaron además un riborregulador traslacional en 2005 que podía responder a moléculas pequeñas creando una molécula híbrida de ribointerruptor /riborregulador, denominada antiinterruptor. ^{[ 8 ]} En un antiinterruptor, la presencia de una molécula orgánica pequeña se une a una secuencia de aptámero en la molécula de ARN que desenmascara una secuencia antisentido que de otro modo estaría secuestrada, la cual puede unirse y bloquear la traducción del ARN objetivo.

Los riborreguladores de ribozimas regulan la capacidad de una molécula de ARN catalítico para escindir una secuencia de ácido nucleico diana. En los riborreguladores de ribozimas, una molécula de ARN de ribozima cabeza de martillo se activa o inactiva según el cambio en la estructura secundaria inducido por la hibridación con una molécula señal, como una secuencia de ADN o ARN afín. En 2008, Win y Smolke diseñaron un regulador de ribozima que podía funcionar en células de levadura y que realizaba operaciones booleanas similares a las de los riborreguladores traslacionales anteriores, incluyendo compuertas AND, NAND , NOR y OR. ^{[ 9 ]}

Los riborreguladores de ARN de interferencia (ARNi) son ARN pequeños que responden a una señal de entrada, como la hibridación complementaria con una molécula de ADN o ARN. La presencia o ausencia de una molécula diana determina si el ARNi reduce la expresión génica. En 2007, Rinaudo et al. demostraron que los riborreguladores basados ​​en ARNi también pueden realizar operaciones booleanas en las células. ^{[ 10 ]}

Los riborreguladores de pH regulan la expresión génica en respuesta a los cambios de pH . El único riborregulador de pH conocido aumenta la expresión del gen alx en E. coli en condiciones alcalinas , particularmente por encima de pH 8. ^{[ 11 ]} Mediante experimentación, se descubrió que el riborregulador de pH reside en la región 5′ UTR del gen alx . ^{[ 12 ]} A pH 7 o inferior, el elemento riborregulador de pH (PRE) se encuentra en un estado inactivo 'N'; en condiciones alcalinas, la ARN polimerasa controla el plegamiento de este ARNnc a su forma activa 'H'. El sitio de unión del ribosoma del gen alx queda expuesto y se permite la unión de la subunidad 30S. ^{[ 12 ]}