Se desvela la estructura de la ribozima: un éxito para la investigación del ARN
La investigación básica guía el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas
Investigadores dirigidos por la química Claudia Höbartner han descubierto la estructura tridimensional de la enzima de ARN SAMURI. Su estudio permite comprender mejor el desarrollo de las ribozimas y la evolución del ARN catalíticamente activo.
La ribozima SAMURI (estructura cristalina en verde) proporciona el marco estructural para catalizar la reacción química de transferencia de la modificación del ARN.
Hsuan-Ai Chen/JMU
Las moléculas de ARN son parte integrante del cuerpo humano: En las células, garantizan la transferencia de información genética y regulan la actividad de los genes. Algunas incluso actúan como catalizadores, permitiendo que se produzcan reacciones químicas que, de otro modo, tendrían lugar muy lentamente o no tendrían lugar en absoluto. Las enzimas formadas por ARN se denominan "ribozimas".
Un grupo de investigadores dirigido por la profesora Claudia Höbartner de la Universidad de Würburg (JMU) ha descubierto ahora la estructura tridimensional de una ribozima muy especial: SAMURI. Se trata de una molécula de ARN generada en el laboratorio que el equipo presentó por primera vez en 2023. Los investigadores del Instituto de Química Orgánica pudieron determinar la estructura tridimensional de SAMURI mediante cristalografía de rayos X y en colaboración con el profesor Hermann Schindelin, del Centro Rudolf Virchow de Würzburg.
Pequeños cambios con un gran impacto
Lo que hace a SAMURI tan interesante para los investigadores es su capacidad especial: la ribozima puede modificar químicamente otras moléculas de ARN en un lugar específico e influir así en su función, por ejemplo, activándolas o haciéndolas reconocibles por las proteínas. Tales modificaciones desempeñan tareas muy importantes en la naturaleza y garantizan que los ARN puedan llevar a cabo su función correctamente. Si se producen errores en esta regulación, es decir, si un ARN tiene demasiadas o muy pocas modificaciones químicas, esto puede provocar el fracaso de ciertos procesos metabólicos.
"Podemos pensar en las moléculas de ARN como frases compuestas de palabras y letras individuales (nucleósidos)", explica Höbartner. "Los cambios más pequeños en puntos individuales -como la sustitución de una letra- pueden cambiar por completo el significado de una palabra o de toda la frase. Igual que la palabra "murciélago" se convierte en "gato" al cambiar una letra, describiendo así dos animales distintos con capacidades muy diferentes, ocurre algo similar a nivel celular: "Aquí, el ARN recibe la nueva información gracias a que la naturaleza le hace pequeños cambios químicos. En ciencia, se denominan modificaciones. Las enzimas llevan a cabo una reacción química en el ARN, utilizando una molécula auxiliar llamada S-adenosilmetionina, o SAM para abreviar, que es importante para muchos procesos en la célula".
SAMURI también utiliza SAM para introducir modificaciones en el ARN. Es interesante observar que algunas moléculas naturales de ARN descubiertas en bacterias también pueden interactuar con SAM, pero sin catalizar la reacción química. Estos ARN se denominan riboswitches y no modifican químicamente otros ARN.
Gracias a la estructura molecular descifrada de SAMURI, los investigadores pueden ahora responder mejor a la pregunta de en qué se diferencia la interacción específica de las ribozimas artificiales con SAM de la de los riboswitches naturales. Los estudios sugieren que el ARN natural de unión a SAM podría derivar de ribozimas anteriores que perdieron su función catalítica durante la evolución", afirma Höbartner.
La investigación básica guía el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas
El conocimiento de la estructura y función del ARN catalítico es importante para mejorar las ribozimas existentes y desarrollar otras nuevas. Por ejemplo, sería importante para la investigación de las modificaciones naturales del ARN -por ejemplo, para visualizarlas-, pero también para su uso en ARN terapéuticos.
"Por tanto, nuestros hallazgos podrían proporcionar nuevas direcciones para el desarrollo de terapias basadas en el ARN", afirma Höbartner. "Es concebible que las ribozimas que se sigan desarrollando puedan utilizarse algún día como fármacos en sí mismas".
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