Modificación del ARN: Metilación y limpieza
Los investigadores de la LMU han descubierto un nuevo tipo de modificación química en los ARNs bacterianos. La modificación aparentemente se adhiere a las moléculas sólo cuando las células están bajo tensión, y se elimina rápidamente durante la recuperación.
En la bacteria en forma de vara Escherichia coli, Kellner y sus colegas han identificado una modificación en el ARN hasta ahora desconocida.
AG Jung
El ácido ribonucleico (ARN) está estrechamente relacionado químicamente con el ADN que sirve como portador de información hereditaria en todas las células. De hecho, el ARN juega un papel central en el proceso que convierte los mensajes genéticos en proteínas, que catalizan las transformaciones químicas y sirven como elementos estructurales en las células y organismos. Al igual que el ADN, las moléculas de ARN están formadas por secuencias de cuatro tipos diferentes de subunidades llamadas nucleobases, que están conectadas entre sí por medio de enlaces de azúcar y fosfato. En todos los organismos, estas subunidades pueden ser modificadas selectivamente para regular sus interacciones y funciones. Ahora la Dra. Stefanie Kellner, que dirige un Grupo de Investigación Junior Emmy Noether en el Departamento de Química, en cooperación con Kirsten Jung (Profesora de Microbiología en LMU), ha identificado una modificación novedosa - y bioquímicamente bastante inusual - en los ARNs bacterianos. La modificación se adhiere cuando los microorganismos están sujetos a estrés, y puede ser removida rápidamente cuando las condiciones regresan a la normalidad.
Tanto el ADN como el ARN pueden ser modificados por metilación, es decir, la unión de sustitutivos del metilo (CH3) a los nucleótidos. Además, las bacterias modifican los ARN con grupos funcionales que contienen átomos de azufre como un medio para regular la síntesis de proteínas. Una de estas modificaciones sustituye al oxígeno en la posición 2 de la base de citidina. En la bacteria en forma de vara Escherichia coli, Kellner y sus colegas han identificado una forma previamente desconocida de esta base modificada que contiene azufre. "En este caso, las bacterias se metilan en el azufre de la citidina", dice Kellner. "El acoplamiento mediante un sustituto de azufre convierte la citidina en 2-metiltiocitidina, o ms2C para abreviar."
Otros experimentos revelaron que el ms2C aparece en el ARN principalmente cuando las bacterias son sometidas a estrés, mediante la adición de productos químicos nocivos o antibióticos al medio de crecimiento. Aunque el daño afecta negativamente la traducción de las proteínas, no es una sentencia de muerte para las bacterias.
Curiosamente, la bacteria posee una enzima que posteriormente puede eliminar el daño de la metilación. El equipo logró caracterizar el mecanismo de reparación directamente con la ayuda de una técnica analítica relativamente nueva llamada NAIL-MS (Nucleic Acid Isotope Labeling coupled Mass Spectrometry). Esto implica el etiquetado de la muestra con un isótopo pesado antes del análisis mediante espectrometría de masas de alta sensibilidad, lo que permite seguir el destino de los ARN modificados después de que se haya eliminado el factor estresante. "De esta manera, pudimos demostrar, en las células vivas, que el ARN modificado no está degradado. En cambio, se repara mediante el desprendimiento enzimático del grupo metilo", explica Kellner.
Dado que el proceso de reparación se completa dentro de 1-2 horas después de la modificación del ARN, los investigadores creen que la célula ya está"preparada" para tratar el daño. Es concebible que las bases de ARN que contienen azufre actúen como secuestradores de grupos metilo libres que se producen como resultado directo del estrés, impidiendo así que modifiquen el ADN u otras proteínas. Dado que las células bacterianas están llenas de moléculas de ARN, éstas podrían funcionar como un eficiente mecanismo de desintoxicación para limpiar grupos químicos reactivos.
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