¿Qué es la interferencia de ARN? Este término se refiere a un sistema para controlar la actividad de los genes en las células eucariotas. Un proceso similar ocurre debido a moléculas cortas (no más de 25 nucleótidos por cadena) de ácido ribonucleico.
La interferencia del ARN se caracteriza por la inhibición postranscripcional de la expresión génica a través de la destrucción o deadenilación del ARNm.
Importancia
Se encontró en las células de muchos eucariotas: hongos, plantas, animales.
La interferencia del ARN se considera una forma importante de proteger las células de los virus. Ella participa en el proceso de embriogénesis.
Debido a la naturaleza poderosa y selectiva del efecto del ácido ribonucleico en la expresión génica, se pueden llevar a cabo investigaciones biológicas serias en organismos vivos, cultivos celulares.
Anteriormente, la interferencia de ARN tenía un nombre diferente: cosupresión. Después de un estudio detallado de este proceso, Andrew Fire y Craig Melo recibieron el Premio Nobel de Medicina por el estudio del mecanismo de su ocurrencia, este proceso fue renombrado.
Historia
¿Qué es la interferencia de ARN? Su descubrimiento se debe a una seria observación preliminar bajo la influencia deinhibición de la expresión de ARN antisentido en genes vegetales.
Algún tiempo después, los científicos estadounidenses obtuvieron resultados sorprendentes cuando se introdujeron transgenes en las petunias. Los investigadores intentaron modificar la planta analizada de tal manera que les diera a las flores un tono más saturado. Para ello, introdujeron en las células copias adicionales del gen de la enzima chalcona sintasa, responsable de la formación del pigmento púrpura.
Pero los resultados del estudio fueron completamente impredecibles. En lugar del deseado oscurecimiento de la corola de la petunia, las flores de esta planta se han vuelto blancas. La disminución de la actividad de la enzima chalcona sintasa se ha denominado cosupresión.
Puntos importantes
Los siguientes experimentos revelaron el efecto sobre este proceso de inhibición postranscripcional de la expresión génica debido a un aumento en el nivel de degradación del ARNm.
En ese momento se sabía que aquellas plantas que expresan proteínas especiales no son susceptibles a la infección por el virus. Se ha establecido experimentalmente que la obtención de dicha resistencia se logra introduciendo una secuencia corta no codificante de ARN viral en el gen de la planta.
La interferencia del ARN, cuyo mecanismo aún no se comprende por completo, se ha denominado "silenciamiento génico inducido por virus".
Los biólogos comenzaron a llamar a la suma de tales fenómenos inhibición postranscripcional de la expresión génica.
Andrew Fire y sus colegas lograron probar la conexión entre un fenómeno similar y la introducción de un conjunto de semánticasARN y antisentido formando ARN de doble cadena. Fue ella quien fue reconocida como la razón principal de la aparición del proceso descrito.
Características de los mecanismos moleculares
La proteína Dicer de Giardia intestinalis se cataliza cortando el ARN de doble cadena para producir pequeños fragmentos de ARN de interferencia. El dominio RNAasa es verde, el dominio PAZ es amarillo y la hélice de unión es azul.
La aplicación de la interferencia de ARN se basa en vías exógenas y endógenas.
El primer mecanismo se basa en el genoma del virus o es el resultado de experimentos de laboratorio. Dicho ARN se corta en pequeños fragmentos en el citoplasma. El segundo tipo se forma durante la expresión de genes individuales de un organismo vivo, por ejemplo, pre-micro ARN. Implica la creación de estructuras de bucle de tallo específicas dentro del núcleo, formando ARNm que interactúan con el complejo RISC.
Pequeños ARN de interferencia
Son cadenas que constan de 20-25 nucleótidos con protuberancias de nucleótidos en los extremos. Cada cadena tiene una fracción hidroxilo en el extremo 3' y un grupo fosfato en la fracción 5'. Una estructura de este tipo se forma como resultado de la acción de la enzima Dicer sobre horquillas que contienen ARN. Después de la escisión, los fragmentos pasan a formar parte del complejo catalítico. La proteína argonauta desenrolla gradualmente el dúplex de ARN, lo que contribuye a dejar solo una hebra "guía" en RISC. Permite que el complejo efector busque un ARNm objetivo específico. al unirseSe produce la degradación del ARNm del complejo siRNA-RISC.
Estas moléculas se hibridan con un tipo de ARNm objetivo, lo que da como resultado la escisión de la molécula.
ARNm
La interferencia del ARN y la protección de las plantas son procesos interrelacionados.
mRNA consta de 21-22 nucleótidos consecutivos de origen endógeno, que están involucrados en el proceso de desarrollo individual de los organismos. Sus genes se transcriben para formar transcripciones primarias largas de transcripciones de pri-miRNA. Estas estructuras tienen la forma de un bucle de tallo, su longitud consta de 70 nucleótidos. Contienen una enzima con actividad RNasa, así como una proteína capaz de unirse al ARN de doble cadena. Además, tiene lugar el transporte al citoplasma, donde el ARN resultante se convierte en sustrato para la enzima Dicer. El procesamiento puede tener lugar de diferentes maneras, dependiendo del tipo de celda.
Así es como funciona la interferencia de ARN. La aplicación del proceso aún no se ha explorado por completo.
Por ejemplo, fue posible establecer la posibilidad de una ruta diferente de procesamiento de ARNm, que no depende de Diser. En este caso, la molécula es cortada por la proteína argonauta. La diferencia entre miARN y siARN es la capacidad de inhibir la traducción con varios ARNm diferentes que contienen secuencias de aminoácidos similares.
Complejo efector RISC
interferencia de ARN,cuyas funciones biológicas permiten resolver muchos problemas relacionados con el complejo proteico, que asegura la escisión del ARNm durante la interferencia. El complejo RISC promueve la división de ATP en varios fragmentos.
Con la ayuda del análisis de difracción de rayos X, se determinó que por medio de tal complejo el proceso se acelera significativamente. Se considera que su parte catalítica son proteínas de argonauta, que se localizan en ciertos lugares del citoplasma. Dichos cuerpos P representan áreas con niveles significativos de degradación de ARN; es en ellos donde se detectó la mayor actividad de ARNm. La destrucción de dichos complejos va acompañada de una disminución de la eficiencia del proceso de interferencia del ARN.
Métodos de supresión de la transcripción
Además de su acción a nivel de inhibición de la traducción, el ARN también tiene un efecto sobre la transcripción de genes. Algunos eucariotas utilizan esta forma de garantizar la estabilidad de la estructura del genoma. Gracias a la modificación de las histonas, es posible reducir la expresión génica en un área determinada, ya que dicha pieza pasa a la forma de heterocromatina.
La interferencia del ARN y su papel biológico es un tema importante que merece un estudio y análisis serio. Para realizar la investigación se consideran aquellos tramos de la cadena que son responsables del tipo de maridaje.
Por ejemplo, para la levadura, la supresión de la transcripción se lleva a cabo precisamente por el complejo RISC, que contiene el fragmento Chp1 con el cromodominio, argonaut, y una proteína que tienefunción desconocida Tas3.
Para inducir la formación de regiones de heterocromatina, se requiere la enzima Dicer, la ARN polimerasa. La división de dichos genes conduce a una violación de la metilación de las histonas, a una ralentización de la división celular o a la detención completa de este proceso.
Edición de ARN
La forma más común de este proceso en los eucariotas superiores es el proceso de convertir la adenosina en inosina, que se produce en la doble cadena de ARN. Para llevar a cabo tal transformación, se utiliza la enzima adenosina desaminasa.
A principios del siglo XXI, se planteó una hipótesis según la cual el mecanismo de interferencia del ARN y la edición de la molécula se reconocían como procesos competitivos. Los estudios con mamíferos sugieren que la edición del ARN puede prevenir el silenciamiento transgénico.
Diferencias entre organismos
Se encuentra en la capacidad de percibir ARN extraño, aplicarlos en el curso de la interferencia. Para las plantas, este efecto es sistémico. Incluso en el caso de una ligera introducción de ARN, se suprime cierto gen en todo el cuerpo. Con esta acción, la señal de ARN se transmite entre otras células. La ARN polimerasa participa en su amplificación.
Entre organismos hay una diferencia en el uso de genes extraños en el proceso de interferencia de ARN.
En las plantas, el proceso de transporte de siRNA ocurre a través de los plasmodesmos. La herencia de tales efectos de ARN está asegurada por la metilación de los promotores de ciertos genes.
La principal diferencia entre este mecanismo yplantas es la idealidad de su complementariedad de ARNm, que, junto con el complejo RISC, contribuye a la degradación completa de esta molécula.
Funciones biológicas
El sistema en cuestión es un componente importante de la respuesta inmunitaria a materiales extraños. Por ejemplo, las plantas tienen varios análogos de la proteína Dicer, que se utilizan para combatir numerosos organismos virales.
El ARN puede considerarse un mecanismo de defensa antiviral adquirido en plantas que se activa en todo el cuerpo.
A pesar de que en las células animales se expresa mucha menos proteína Dicer, podemos hablar de la participación del ARN en la respuesta antiviral.
Actualmente, las respuestas inmunitarias que ocurren en el cuerpo de humanos y animales han sido parcialmente estudiadas.
Los biólogos continúan investigando, tratando no solo de corroborar los mecanismos de su aparición, sino también de encontrar formas de influir en las interacciones inmunitarias. En caso de una explicación exitosa de todos los matices de la interferencia del ARN, los científicos podrán controlar estas reacciones bioquímicas y crear mecanismos de protección contra cuerpos extraños.
