El dogma central de la biología molecular sugiere que el ADN contiene la información para codificar todas nuestras proteínas, y tres tipos diferentes de ARN traducen este código en polipéptidos de forma bastante pasiva. En particular, el ARN mensajero (ARNm) transporta el modelo de proteína desde el ADN de la célula hasta sus ribosomas, que son las "máquinas" que controlan la síntesis de proteínas. El ARN (ARNt) luego transfiere los aminoácidos apropiados al ribosoma para incorporarlos en una nueva proteína. Mientras tanto, los ribosomas mismos se componen principalmente de moléculas de ARN ribosómico (ARNr).
Sin embargo, en el medio siglo transcurrido desde que se desarrolló por primera vez la estructura del ADN, los científicos han descubierto que el ARN desempeña un papel mucho más importante que simplemente participar en la síntesis de proteínas. Por ejemplo, se ha descubierto que muchos tipos de ARN son catalíticos, lo que significa que llevan a cabo reacciones bioquímicas de la misma manera que lo hacen las enzimas. Además, se ha descubierto que muchas otras especies de ARN desempeñan funciones reguladoras complejas enceldas.
Por lo tanto, las moléculas de ARN desempeñan numerosas funciones tanto en los procesos celulares normales como en los estados patológicos. Por lo general, aquellas moléculas de ARN que no toman la forma de ARNm se denominan no codificantes porque no codifican proteínas. Participación de mRNAs no codificantes en muchos procesos regulatorios. Su prevalencia y variedad de funciones llevaron a la hipótesis de que el "mundo del ARN" podría preceder a la evolución de las funciones del ADN y el ARN en la célula, la participación en la biosíntesis de proteínas.
ARN no codificantes en eucariotas
Hay varias variedades de ARN no codificante en eucariotas. En particular, transfieren ARN (ARNt) y ARN ribosomal (ARNr). Como se mencionó anteriormente, tanto el ARNt como el ARNr juegan un papel importante en la traducción del ARNm en proteínas. Por ejemplo, Francis Crick sugirió la existencia de moléculas de ARN adaptador que podrían unirse al código de nucleótidos del ARNm, lo que facilitaría la transferencia de aminoácidos a las cadenas polipeptídicas en crecimiento.
El trabajo de Hoagland et al. (1958) de hecho confirmaron que una cierta fracción de ARN celular estaba unida covalentemente a los aminoácidos. Más tarde, el hecho de que el ARNr resultó ser un componente estructural de los ribosomas sugirió que, al igual que el ARNt, el ARNr tampoco codifica.
Además del rRNA y el tRNA, hay una serie de otros RNA no codificantes en las células eucariotas. Estas moléculas ayudan en muchas de las importantes funciones de almacenamiento de energía del ARN en la célula, que aún se enumeran y definen. Estos ARN a menudo se denominan ARN reguladores pequeños (ARNs).en los eucariotas, se han clasificado además en una serie de subcategorías. Juntos, los ARN reguladores ejercen sus efectos a través de una combinación de emparejamiento de bases complementarias, complejación con proteínas y su propia actividad enzimática.
ARN nuclear pequeño
Una subcategoría importante de pequeños ARN reguladores consta de moléculas conocidas como pequeños ARN nucleares (snRNA). Estas moléculas juegan un papel importante en la regulación de genes a través del empalme de ARN. Los snRNA se encuentran en el núcleo y, por lo general, están estrechamente asociados con proteínas en complejos llamados snRNP (pequeñas ribonucleoproteínas nucleares, a veces denominadas "snurps"). Las más comunes de estas moléculas son las partículas U1, U2, U5 y U4/U6, que participan en el empalme del pre-ARNm para formar el ARNm maduro.
MicroARN
Otro tema de gran interés para los investigadores son los microARN (miARN), que son pequeños ARN reguladores de aproximadamente 22 a 26 nucleótidos de longitud. La existencia de miARN y sus funciones contráctiles Los ARN en la célula en la regulación génica se descubrieron originalmente en el nematodo C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Desde su descubrimiento de los miARN, se han identificado en muchas otras especies, incluidas moscas, ratones y humanos. Hasta el momento, se han identificado varios cientos de miARN. Puede haber muchos más (He & Hannon, 2004).
Se ha demostrado que los miARN inhiben la expresión génica al reprimir la traducción. Por ejemplo, los miARN codificados por C. elegans, lin-4 y let-7,se unen a la región 3' no traducida de sus objetivos de ARNm, evitando la formación de proteínas funcionales en ciertas etapas del desarrollo larvario. Hasta ahora, la mayoría de los miARN estudiados parecen controlar la expresión génica al unirse a los ARNm diana a través del apareamiento imperfecto de bases y la subsiguiente inhibición de la traducción, aunque se han observado algunas excepciones.
Investigaciones adicionales muestran que los miARN también juegan un papel importante en el cáncer y otras enfermedades. Por ejemplo, la especie miR-155 está enriquecida en células B derivadas del linfoma de Burkitt y su secuencia también se correlaciona con una translocación cromosómica conocida (intercambio de ADN entre cromosomas).
ARN de interferencia pequeño
El ARN de interferencia pequeño (siRNA) es otra clase de ARN. Aunque estas moléculas tienen solo de 21 a 25 pares de bases, también funcionan para silenciar la expresión génica. En particular, una hebra de una molécula de siRNA de doble hebra puede incluirse en un complejo llamado RISC. Este complejo que contiene ARN puede inhibir la transcripción de una molécula de ARNm que tiene una secuencia complementaria a su componente de ARN.
Los miARN se identificaron por primera vez por su participación en la interferencia de ARN (ARNi). Es posible que hayan evolucionado como un mecanismo de defensa contra los virus de ARN de doble cadena. Los siRNA se derivan de transcritos más largos en un proceso similar al que ocurre con los miRNA y el procesamiento de ambos tipos de RNA involucra la misma enzima. Jugador. Las dos clases parecen diferir en sus mecanismos de represión, pero se han encontrado excepciones en las que los siRNA exhiben comportamientos más típicos de los miRNA y viceversa (He & Hannon, 2004).
ARN nucleolar pequeño
Dentro del núcleo eucariótico, el nucléolo es la estructura en la que se lleva a cabo el procesamiento del ARNr y el ensamblaje ribosomal. Moléculas llamadas RNAs nucleolares pequeños (snoRNAs) han sido aisladas de extractos nucleolares debido a su abundancia en esta estructura. Estas moléculas funcionan para procesar moléculas de ARNr, lo que a menudo da como resultado la metilación y pseudouridilación de nucleósidos específicos. Las modificaciones están mediadas por una de dos clases de snoRNA: familias de cajas C/D-box o H/ACA-box, que normalmente implican la adición de grupos metilo o la isomerización de uradina en moléculas de ARNr inmaduras, respectivamente.
ARN no codificantes en procariotas
Sin embargo, los eucariotas no han impulsado el mercado hacia los ARN no codificantes con funciones energéticas reguladoras específicas de los ARN en la célula. Las bacterias también poseen una clase de pequeños ARN reguladores. Los ARNr bacterianos están involucrados en procesos que van desde la virulencia hasta la transición del crecimiento a la fase estacionaria que ocurre cuando una bacteria se enfrenta a una situación de privación de nutrientes.
Un ejemplo de ARNr bacteriano es el ARN 6S que se encuentra en Escherichia coli. Esta molécula ha sido bien caracterizada, y su secuenciación inicial se produjo en 1980. ARN 6Sse conserva en muchas especies bacterianas, lo que indica un papel importante en la regulación de genes.
Se ha demostrado que el ARN afecta la actividad de la ARN polimerasa (RNAP), la molécula que transcribe el ARN mensajero del ADN. El ARN 6S inhibe esta actividad al unirse a una subunidad de polimerasa que estimula la transcripción durante el crecimiento. A través de este mecanismo, el ARN 6S inhibe la expresión de genes que estimulan el crecimiento activo y ayuda a las células a entrar en la fase estacionaria (Jabri, 2005).
Ribointerruptores
La regulación génica, tanto en procariotas como en eucariotas, está influenciada por elementos reguladores de ARN llamados riboconmutadores (o conmutadores de ARN). Los ribointerruptores son sensores de ARN que detectan y responden a señales ambientales o metabólicas y, por lo tanto, influyen en la expresión génica.
Un ejemplo simple de este grupo es el sensor de temperatura de ARN que se encuentra en los genes de virulencia del patógeno bacteriano Listeria monocytogenes. Cuando esta bacteria ingresa al huésped, la temperatura elevada dentro del cuerpo del huésped derrite la estructura secundaria del segmento en la región 5' no traducida del ARNm producido por el gen bacteriano prfA. Como resultado, se producen cambios en la estructura secundaria.
Se ha demostrado que los ribointerruptores adicionales responden a golpes de calor y frío en una variedad de organismos y también regulan la síntesis de metabolitos como azúcares y aminoácidos. Aunque los ribointerruptores parecen ser más comunes en procariotas, también se han encontrado muchos en células eucariotas.
