MicroRNA analizado exhaustivamente

¿Qué son las proteínas de microARN y Argonaute?

El ácido ribonucleico, o ARN, es una molécula esencial que codifica la información genética en las células. Sus tres tipos principales se denominan ARN de transferencia, ribosomal y mensajero. Este último también se conoce como ARNm y sirve como intermediario entre el ADN, el repositorio de genes, y las moléculas de proteínas resultantes de la expresión génica. El ARNm se sintetiza en el núcleo sobre la base de la secuencia de ADN. Luego se transporta al citoplasma, donde se convierte en una plantilla para la síntesis de proteínas. Sin embargo, sólo alrededor del 2% de las moléculas de ARN producidas por una célula sirven como plantillas de proteínas. Entre los restantes se encuentra el llamado microARN, que tiene una longitud de 18 a 25 nucleótidos y juega un papel completamente diferente.

Los microARNs son un grupo que comprende alrededor de 2.500 moléculas conocidas hasta ahora por los humanos, que se unen a las proteínas de la familia Argonaute (AGO) y funcionan juntas. El complejo microRNA-AGO de pequeño tamaño se une a sitios particulares de ARNm, y siempre es el componente de ARNm del complejo el que determina a qué región de cada ARNm se une. La proteína Argonaute bloquea la producción de proteínas del ARNm o elimina el ARNm mediante su"división". Por lo tanto, si un complejo microRNA-AGO se compromete con un determinado ARNm, su proteína correspondiente ya no se producirá. De esta manera, los genes son silenciados de manera efectiva por el microARN "capturando" el ARNm y afectando la expresión génica.

Mientras que la interacción ocurre entre el microARN y el ARNm, a menudo se ve como la interacción entre el microARN y el gen que codifica el ARNm. Este silenciamiento es uno de los numerosos mecanismos para regular la expresión génica. Las células los emplean para controlar la productividad de los genes al habilitar o deshabilitar genes en un grado variable. Una mala regulación de la expresión génica debido a "disfunciones" de microARN puede causar cáncer y otras patologías.

Los genetistas todavía no entienden completamente las interacciones entre los dos tipos de ARN. Existen alrededor de 20.000 ARNm humanos conocidos y 2.500 microARNs, pero aún no está claro cuál de ellos se une entre sí. Los investigadores demostraron previamente que los programas de computadora que predicen las interacciones entre el microARN y el ARNm no funcionan correctamente.

En su nueva investigación, los científicos combinaron los datos experimentales sobre la cantidad de ARNm y ARNm formados en una célula con los datos sobre las interacciones entre estos dos tipos de ARN para dos tipos de células humanas. El equipo exploró la conexión entre la cantidad de un microARN en una célula y su actividad de unión. Cabe esperar que las dos cantidades sean directamente proporcionales entre sí, pero no ha sido así. Los investigadores también observaron cuántos pares se formaron con un ARNm y si con el mismo o con diferentes microARNs. Científicamente hablando, los genetistas exploraron la relación entre el nivel de expresión y la actividad de unión para el ARNm y el ARNm. También exploraron la forma en que el comportamiento de estos pares depende del tipo de célula.

"Nuestra investigación explora la interacción entre el microARN y los genes", dijo Olga Plotnikova, estudiante de doctorado del MIPT y una de las autoras de la investigación. "Un microARN es una pequeña molécula de ARN no codificante que regula la expresión génica. Publicamos un artículo que muestra las imperfecciones de los programas informáticos utilizados para predecir las interacciones entre el microARN y los genes. Es por eso que queríamos obtener una visión completa de las interacciones del microARN: qué se une con qué y cómo.

"Analizamos los dos únicos documentos disponibles sobre este tema que reportan los datos experimentales sobre el rango completo de interacciones entre el microARN y los genes, para dos líneas celulares humanas diferentes. Luego correlacionamos los datos con los resultados de otros experimentos, determinando el nivel de expresión de mRNA y microRNA en las mismas líneas celulares", continuó Plotnikova. "Demostramos que el microARN no regula fuertemente todos los genes y su potencial de regulación no depende directamente de su nivel de expresión. También identificamos las diferencias entre las interacciones de microARN en las dos líneas celulares".

Métodos

El principal problema de la investigación empírica sobre las interacciones del microARN tiene que ver con las limitaciones de los métodos disponibles. Existe un conjunto de métodos conocidos como ensayos génicos reporteros, que pueden probar una interacción particular con un experimento. Otro conjunto de métodos, llamado reticulación con inmunoprecipitación (CLIP), permite a los investigadores identificar los sitios de unión, pero no los microARNs específicos asociados con ellos. La reticulación se utiliza normalmente para determinar la posición de las interacciones directas entre las proteínas y los ácidos nucleicos. Permite purificar un complejo específico de proteína-ARN para que la gran mayoría de los ARN contaminantes puedan ser eliminados. Por lo tanto, es posible identificar todos los sitios de unión de microARN-mRNA sin saber cuál de los miles de microARNs conocidos estaba involucrado en la interacción.

Hay dos técnicas similares que se han desarrollado recientemente: el método CLASH y el método CLEAR-CLIP. En realidad se basan en CLIP. El problema con ellos es que son muy intrincados y sólo se han utilizado en dos líneas celulares humanas cancerosas: la línea celular renal y la línea celular hepática. El equipo también utilizó los datos disponibles sobre la cantidad de ARNm y ARNm formados en cada una de las líneas celulares (datos de expresión génica). Los científicos utilizaron los datos obtenidos en 79 experimentos CLIP para identificar las partes de ARNm que interactuaban con los microARNs. Aunque los experimentos establecen la existencia de estas interacciones, no revelan los microARNs exactos involucrados.

Resultados de la investigación

Los investigadores han proporcionado una prueba in silico de que los datos de los experimentos CLIP mejorados sobre el rango completo de interacciones entre el microARN y los genes para dos líneas celulares humanas diferentes son similares y pueden ser comparados. Se demostró que la mayoría de los complejos de mRNA-microRNA están formados por un pequeño número de RNAs. Por ejemplo, sólo el 1%-2% de los genes que codifican las proteínas forman más de 10 interacciones diferentes. También se han encontrado tipos fascinantes de ARNm que exhiben propiedades "esponjosas". Estos tipos de ARNm se unieron con un gran número de ARNs (más de 50) en diferentes sitios de ARNm. Es más, los investigadores encontraron un grupo de microARNs con dos características clave: Se expresan débilmente y tienen muchas interacciones. Esto va en contra de la expectativa de que cuanto más se exprese un microARN dado, más debería interactuar con varios mRNAs.

El estudio también estableció una lista de regiones confiables de unión de microARN, los lugares donde el mRNA y el microRNA interactúan entre sí. Esto llevó al equipo a crear un software en línea que determina si una posición dada en el genoma humano coincide con un sitio de unión de microARN. Ayuda a identificar la interrupción de la unión del microARN y, por lo tanto, de la regulación génica, lo que significa que puede explicar las enfermedades heredadas genéticamente. El programa podría utilizarse para analizar el genoma de los pacientes. El mapeo de todas las interacciones entre el microARN y los genes humanos ayuda a revelar la base molecular de los trastornos congénitos y adquiridos.