ARN de interferencia

La mayoría de los animales y vegetales tienen un sistema para silenciar genes. Lo usan también para reciclar parte del ARNm que producen. Sin ambos procesos, la orquestada maquinaria celular caería en el caos, puesto que hay genes que nunca deben expresarse en según qué células. Así ocurre con los de los elementos genéticos transponibles, con los víricos, con los del desarrollo embrionario en adultos, etc. Para lograrlo contamos con dos (¡que se sepa hasta hoy!) herramientas principales: el interferón (que bloquea la casi totalidad de los genes y es un mecanismo de emergencia) y la interferencia de ARN o ARNi (mucho más selectivo, más fino, capaza de bloquear un ARNm específico mientras respeta a todos los demás).

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Merece la pena estudiar este último mecanismo, el de los ARNi. Porque silenciar determinados genes puede abrir unas vías terapéuticas magníficas para tratar enfermedades como cáncer, problemas autoinmunes, infecciones víricas, etc. Pero es una meta todavía lejana, en un camino que apenas acabamos de empezar a andar. Aún se requiere arrojar mucha más luz sobre cómo funcionan las moléculas implicadas, acumular más conocimiento sobre cómo se coordinan. Sin embargo, ya tenemos suficiente como para poder vislumbrar un potencial futuro que impresiona a cualquiera.

Pero hay más. Controlar la interferencia de ARN es una potente herramienta investigadora, ya que silenciar un gen concreto puede revelar mucho sobre su función. Y más hoy, que contamos con mucho material con el que trabajar, dados los numerosos genomas que se han secuenciado ya y los que están al caer. En este campo ya hay éxitos amplísimos, habiéndose logrado el objetivo del silenciamiento en casi cada gen de cada casi cada organismo eucariota en el que se ha intentado.

El descubrimiento de los ARNi se remonta a 1990. En ese año, R. Jorgensen y J. Mol experimentaban sobre petunias, introduciéndoles copias extras del gen responsable del pigmento, para lograr colores violetas más intensos. Pero el éxito era parcial, puesto que resultaba muy frecuente que las flores resultantes mostraran regiones decoloradas, blancas, con un aspecto variegado. Se infirió que los genes extran habían estimulado algún tipo de censura génica en las células. Este mismo fenómeno se observó pronto en muchos otros organismos eucariotas pluricelulares, como hongos, insectos, etc.

El tema comenzó a interesar mucho más tras un experimento realizado por William Dougherty, que descubrió, en plantas de tabaco, un fenómeno de inmunización. Consistía el experimento en introducir, mediante técnicas de ingeniería genética, el gen de una proteína llamada CP y perteneciente al virus del grabado del tabaco. Se observó que algunas de las plantas modificadas resultaban inmunes a dicho virus. Y otras, que expresaban la proteína, cesaban de hacerlo al verse infectadas. Ambos fenómenos se atribuyeron al mismo mecanismo de silenciamiento de genes que operaba en las petunias. Pero por primera vez se veía posible aplicarlo bajo control para cuestiones prácticas, como producir plantas inmunes para alguna enfermedad. Continuando con esa lína, por ejemplo, se ha llegado a fabricar tomates transgénicos que llevan un gen artificial, productor de un ARN antisentido para bloquear la expresión de otro, implicado en la síntesis de etileno, la hormona vegetal que provoca maduración (reducen su expresión un 90%). Así, estos tomates duran mucho más sin pudrirse.

La primera pista sobre el mecanismo molecular subyacente la dio un experimento en el famoso gusano Caenorhabditis elegans (que no es un gusano, sino un nematodo). Se probó a silenciarle un gen con ARN antisentido (un ARN de cadena sencilla que es complementario del ARNm diana). Pero se verificó por A. Fire y C. Mello que emplear ARN bicatenario era mucho más eficaz que hacerlo con ARN antisentido (con sólo unas pocas moléculas bastaba para acallar el gen diana).

Dicer

¿Qué sabemos hoy? Que hay un enzima, llamado Dicer, encargado de trocear todo ARN bicatenario que encuentre en la célula. Y lo hace en fragmentos de tamaño definido, de unos 22 pares de bases, a los cuales se llama ARNip (“i” de interferencia, “p” de pequeños; en inglés, siRNA). Otros enzimas se encargan de separar ambas hebras del ARN las incorporan, por separado, a una agrupación enzimática llamada Complejo Silenciador Inducido por ARN (CSIR, o RISC en inglés). Este complejo, al que está unida una hebra simple del ARNip, comprueba millares de ARNm. Cuando uno de ellos presenta una alta homología, una alta complementariedad con el ARNip, el complejo lo rompe con una de sus piezas, el enzima llamado Slicer. Si la homología existe, pero no es tan alta (si la complementariedad no es perfecta) se pone en marcha otra ruta que, en vez de silenciar el gen, lo atenúa: el complejo CSIR se une al ARNm y dificulta su traducción por los ribosomas.

Este mecanismo tan selectivo contrasta vivamente con el mecanismo del interferón, también estimulado por ARN bicatenarios: una enzima, llamada PKR, bloquea la traducción de todos los ARNm y otra, llamada ARNasa L, los destruye masiva e indiscriminadamente. El que uno u otro se ponga en marcha depende del tamaño del ARN bicatenario: cuando tiene más de 30 pares de bases se activa la vía del interferón; los ARNip, como tienen 22, activan la Interferencia de ARN, pero no el interferón.

Con ARNip se ha logrado silenciar casi cualquier gen en casi cualquier cultivo celular eucariota, incluyendo los de células humanas. Y en cuestión de horas. Una herramienta poderosísima, pues. Y elegante por su selectividad. Combinada con los conocimientos que la secuenciación de genomas nos da sobre la existencia de genes, abre las puertas al conocimiento de la función de cada uno de ellos.

Pero desde el punto de vista médico, ya se ha logrado frenar la replicación del VIH, del poliovirus y del virus de la hepatitis C, exponiendo cultivos celulares humanos a ARNip. Pero sólo “in vitro”. Quedan muchos obstáculos todavía hasta llegar a los pacientes. Como, p.ej., lograr administrar el posible fármaco, ya que los ARNip tienen un tamaño muy superior al medicamento típico, o que el ARN se digiere y degrada en el sistema digestivo. Para orillar las dificultades se ha pensado en adenovirus como “taxis genéticos”, pero todavía hay muchos interrogantes, especialmente en el terreno de la seguridad para el paciente.

El mecanismo de silenciamiento mediante Interferencia de ARN se estima que tiene unos 1.000 millones de años de antigüedad. Y eso por que es general en eucariotas y se ha conservado muy similar en organismos muy dispares, luego debieron haberlo adquirido de un ancestro. Si su función original parece que consistió en proteger a la célula del asalto de virus, su enorme éxito le llevó a pluriemplearse. Es decir, que si se sabe cómo silenciar un gen vírico insertado en el genoma, también se puede hacer lo mismo con un gen propio. Esa función es imprescindible para lograr la especialización celular, la base de la pluricelularidad. Sin embargo, aquí no operan ARNip, sino los llamados microARN, moléculas parecidas a los primeros, pero producidas específicamente por minigenes. Se estima que los humanos tenemos unos 200-250 de esos minigenes. Eso supone un 1% del total del genoma humano y habrían pasado desapercibidos hasta ahora porque el software empleado para secuenciar genomas busca tamaños mayores y genes que producen proteínas, no ARN (lo cual constituye una excepción al dogma central de la Biología Molecular). Continuando con los microARN, lo siguiente que les pasa es que se pliegan sobre sí mismos, formando ARN bicatenario con un bucle en su región media. Dicer los procesa, cortando el bucle y crea ARNip a partir del microARN. El resto del camino ya ha sido contado.

Hay indicios de mucho más. En plantas parecen dirigir la maduración del ARN. También puede que sean los encargados de que la cromatina se empaquete densamente (heterocromatina) allí donde hay genes que nunca deban ser leídos. Incluso se les ha atribuido capacidad para destruir genes rompiendo el ADN por completo. Así que todavía tenemos mucho más por estudiar en este campo.

3 Replies to “ARN de interferencia”

  1. alegreto

    muy bueno el tema pero quiseira saber si sabes como poder bajar el video o de alguna parte lo necesito urgentee porfavor
    gracias
    saluos

    Responder
  2. Pingback: Blog de José Luis Castillo » ¡Qué rápidos somos!

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