Los asombrosos viajes de los pequeños ARNs
Los fragmentos cortos de ARN de doble cadena "transmiten" interferencias de ARN
Los biólogos saben desde hace tiempo que la interferencia de ARN puede silenciar genes en células lejanas. Sospechaban que una sustancia mensajera "transmite" la interferencia de ARN. Ahora, los investigadores del ETH han demostrado definitivamente que estos mensajeros en las plantas son fragmentos cortos de ARN de doble cadena.
En la mayoría de los organismos, pequeños trozos de ARN juegan un papel clave en la regulación de los genes silenciando la expresión de los mismos. Lo hacen apuntando y acoplándose a secuencias complementarias de transcripciones de genes (también moléculas de ARN), lo que impide que la maquinaria celular las utilice para fabricar proteínas. Este mecanismo se llama ARN de interferencia (ARNi), y es de importancia crítica en la biología.
Sorprendentemente, el fenómeno del ARNi no se limita necesariamente a las células individuales, sino que también puede manifestarse en otros tejidos y órganos alejados de la célula de origen. Los investigadores han podido observarlo sobre todo en las plantas, pero también en animales "inferiores" como el gusano nematodo C. elegans.
Las proteínas y el ADN descartan
Sin embargo, una pregunta clave había quedado sin respuesta hasta ahora: ¿qué sustancia mensajera atraviesa las células y los tejidos? "Pudimos descartar las proteínas hace 20 años, una vez que se descubrió que el ARNi puede viajar en las plantas", dice Olivier Voinnet, Profesor de Biología del ARN en el ETH de Zurich. El ARNi requiere que el mensajero se acople a una secuencia complementaria de la transcripción del gen para ser silenciado. "Las proteínas por sí solas no tienen esta capacidad. El ADN que sale del núcleo de la célula también es poco probable", continúa Voinnet. "El candidato más probable siempre ha sido una molécula de ARN". Lo que no ha estado claro hasta ahora es qué tipo y forma precisos de ARN - largo, corto, de una o dos cadenas, unido a las proteínas o no.
Los fragmentos de doble cadena viajan a lo largo y ancho
Pero ahora, los investigadores del ETH están arrojando luz sobre este proceso en un nuevo estudio. Son los primeros en demostrar inequívocamente que estos mensajeros distantes en las plantas son moléculas cortas de ARN de doble cadena. Estas consisten en pares (o dobles cadenas) de sólo 21 a 24 nucleótidos (los bloques de construcción de ARN) llamados pequeños ARN de interferencia, o siRNAs para abreviar. El artículo del equipo fue publicado recientemente en la revista Nature Plants.
Los siRNAs suelen emerger como poblaciones grandes y complejas a partir de los genomas de los virus que han infectado una célula. Pero los propios genes de una célula también pueden servir como planos para estas moléculas. Como resultado, las células pueden utilizar el ARNi para silenciar no sólo a los virus invasores sino también a sus propios genes.
Debido a que el ARNi se mueve, las plantas tienen la asombrosa capacidad de modular la expresión de los genes a distancia. Esto puede ser particularmente importante para que puedan adaptar constantemente su nuevo crecimiento, permitiendo lo que se denomina "plasticidad fenotípica".
Moverse o no moverse
En su nuevo estudio, los investigadores descartaron la posibilidad de que otros tipos de ácidos nucleicos o complejos compuestos de ARN y proteínas se muevan a través de las células vegetales. "Podemos demostrar definitivamente que los siRNAs de doble cadena son necesarios y suficientes para inducir ARNi en células y tejidos distantes de las plantas", dice Voinnet.
Los investigadores del ETH no sólo identificaron a los escurridizos mensajeros de larga distancia, sino que también mostraron en su estudio cómo los siARNs se mueven y realizan su función. Encontraron que, mientras una molécula de siARN exista como una doble cadena libre, es móvil porque no puede unirse a una transcripción de ARN coincidente. Para unirse, primero tiene que ser "cargada" a una proteína efectorial específica de Argonauta (AGO). Sólo una vez que se une a la proteína AGO correcta, el siRNA puede silenciar la transcripción objetivo; el proceso finalmente destruye el propio fragmento. La planta modelo utilizada para el estudio tiene diez proteínas AGO diferentes, varias de las cuales reconocen los fragmentos de siRNA coincidentes con firmas específicas; estas firmas no son homogéneas entre las grandes cohortes de siRNAs móviles producidos a partir de virus o de los propios genes de la planta.
Las proteínas AGO determinan los patrones de movimiento del siRNA
Diferentes proteínas AGO ocurren en diferentes células y tejidos. Los investigadores del ETH encontraron que como parte del proceso de carga, las proteínas AGO compatibles "consumen" una fracción de siRNAs en la célula de origen, pero la fracción no cargada puede salir de la célula.
Dependiendo de la presencia o ausencia de ciertas proteínas AGO dentro de las células atravesadas por los siRNAs móviles, las moléculas, de nuevo, se consumirán o no. Por ejemplo, si hay una plétora de proteínas AGO a mano, atraparán muchos siRNAs de diversas firmas, esencialmente deteniendo el movimiento. Si una célula apenas contiene AGO, por otro lado, entonces la mayoría de los siRNAs saldrán y viajarán mayores distancias. Y finalmente, si una célula contiene grandes cantidades de un solo AGO específico, entonces sólo se consumirán los siARNs con la misma firma, mientras que los otros se moverán. En otras palabras, los siARNs son filtrados selectivamente y consumidos a medida que se abren camino a través del tejido vegetal.
Hasta ahora, la comunidad de ARNi de las plantas había pensado que el ARNi se mueve a lo largo de gradientes lineales. Sin embargo, esto no tiene en cuenta que las proteínas AGO consumen selectivamente algunos siRNAs - pero no otros - a medida que se mueven. El nuevo estudio señala que este proceso de consumo es, de hecho, cualquier cosa menos lineal.
Innumerables patrones de movimiento
"La cantidad y diversidad de las proteínas AGO en las células atravesadas acopladas a las firmas intrínsecas de siRNA funcionan juntas como una especie de tamiz molecular, cuya forma puede diferir de un tipo de célula a otro a lo largo de la ruta del siRNA. Dependiendo de la configuración espacial de este tamiz, se puede producir una amplia variedad de patrones de movimiento de siRNA", explica Voinnet. Y añade: "Aún más interesante es que algunos AGOs pueden ser inducidos por señales de estrés o de desarrollo, de tal manera que la forma espacial del tamiz puede cambiar y evolucionar en cualquier momento".
Las innumerables pautas de movimiento confieren así al sistema de ARNi móvil una flexibilidad y versatilidad casi ilimitadas para configurar la expresión de los genes a través de las distancias. Ahora que han comprendido el proceso, el equipo de investigadores está tratando de diseñar tamices artificiales en las plantas como una forma de controlar, con gran precisión, cuándo y dónde pueden moverse determinados siARNs, un método que podría tener aplicaciones en la agricultura.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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