DEL GENOMA AL PROTEOMA
Toda la información del organismo está contenida en nuestro DNA. En un gen hay varios elementos: promotor, terminador, exones e intrones. Los exones constituyen la región codificante de proteína. Existen regiones no codificantes en los intrones y en secuencias intergénicas que regulan la expresión del genoma.
Para que la secuencia codificadora de una proteína sea leída y se exprese, la doble hélice del DNA debe quedar expuesta. Esto ocurre gracias a la acetilación de las histonas, que mantenían el ADN empaquetado. (1)
Además, debe producirse la desmetilación del DNA y una señal de reconocimiento que inicie la transcripción. Se activa el ARN polimerasa, que dará lugar a un ARN mensajero. Mediante el splicing, los intrones son separados y quedan unidos los exones, que se mantienen en el ARNm maduro. El triplete de bases del ARNm (codón) se une al complementario (anticodón) del RNA de transferencia. Éste lo llevará al ribosoma, donde el RNA ribosómico leerá la secuencia, iniciándose la traducción para la síntesis de la proteína. Ésta será necesaria para formar una determinada estructura o intervenir en una función orgánica. (2)
RIBOINTERFERENCIA
Tras el splicing, la mayoría de las secuencias no codificantes se degradan. Las que no se degradan constituyen el ARN de interferencia (iRNA, en inglés), regulador de la expresión génica.
Dentro de los ARN no codificantes, tienen especial importancia los miARNs (miRNAs o micro interfering RNAs), cuya biosíntesis acontece así:
1°-Transcripción del gen de miARN por el ARN polimerasa II: obteniéndose una molécula ARN simple de un millar de nucleótidos, el pri-mir o miRNA primario.
Contiene una secuencia no codificante y la complementaria, que permitirá su apareamiento posterior.
2°-Splicing por la proteína Drosha:
Da lugar a un ARN de dos hebras con 20 nucleótidos, que adopta una estructura en “hairpin” (aguja de pelo), el pre-miR o miARN precursor.
3°-Transporte del pre-miR al citoplasma celular donde, mediante la ribonucleasa Dicer, se genera la secuencia madura de miRNA.
El miARN es transportado al ribosoma para ejercer su papel modulador de la síntesis de proteína, mediante un emparejamiento perfecto con el ARNm diana.
Allí modula la expresión del gen codificante a través del RISC (complejo de silenciamiento) degradando el mARN o bloqueando su traducción (haciéndolo ilegible para los ribosomas). Se impide la síntesis de la proteína. (3)
Los miARNs tienen un papel clave post-transcripcional. Pero también pueden tener un papel pre-transcripcional, influyendo en las histonas o en la metilación del ADN. Actúa como un mecanismo epigenético de regulación génica. (4)
Este mecanismo natural de los miARNs, la ribointerferencia, ocurre permanentemente en nuestras células. Y es de suma importancia para que una unidad transcripcional se exprese o que se silencie su expresión.
HOMEOSTASIS Y AUTORREGULACIÓN CELULAR
Existe un equilibrio en todo el sistema que lleva a un correcto funcionamiento del organismo. Los factores epigenéticos (ambiente, desnutrición, estrés, miRNAs, etc.) dejan marcas en nuestro ADN que modulan la expresión de los genes.
Los miRNAs regulan la homeostasis celular y participan en la diferenciación, proliferación, la apoptosis y el metabolismo. También están involucrados en la respuesta al estrés, la angiogénesis, la oncogénesis y los procesos cardiovasculares. Pero además pueden actuar como supresores de tumores.
Existen más de 3000 miRNA en el ser humano, que regulan más del 50% de genes funcionales. También se ha encontrado la existencia de miRNAs en otros seres vivos: animales, plantas, hongos, etc. Así como otros iRNAs que intervienen: siRNA ( small interfering ), piRNA (asociado a piwi) y otros.
MICRO-RNAs COMO BIOMARCADORES
Los miRNAs son detectables en tejidos y fluidos (suero, plasma, orina, saliva,…) y abundantes en exosomas y microvesículas. (5)
Se han relacionado con numerosas enfermedades y condiciones: Parkinson, osteoporosis, cáncer, diabetes, hipertensión, obesidad, etc. Por ello, son de utilidad como biomarcadores diagnósticos.
La desregulación de miRNAs puede llevar a una ruptura de la tolerancia inmunitaria y, con ello, al desarrollo de una Enfermedad Autoinmune. O puede influir en la respuesta inmunitaria innata o adaptativa, activando o frenando una infección. Una hiperexpresión del miR-133a origina una hiperexpresión de RhoA en las células musculares lisas bronquiales, favoreciendo el asma alérgico.
También resultan ser marcadores de pronóstico o de enfermedad evolucionada. Por ejemplo, el miR-181a y el miR-21 están sobreexpresados en el osteosarcoma. En los más agresivos hay, además, sobreexpresión del miR-221-3p y subexpresión del miR-222-3p; al contrario que en los de mejor pronóstico. El miR-199a se encuentra sobreexpresado en el osteosarcoma metastásico.
Hay publicadas diversas bases de datos de miRNAs: Plos One, miRBase, mirtarbase, starbase, microRNA.org y otras.
MEDICINA BIOINMUNOGENÉTICA PARA LA AUTORREGULACIÓN CELULAR
Se abre un futuro esperanzador para el tratamiento de las enfermedades; ya que los miRNAs colaboran para restablecer la autorregulación celular y la homeostasis.
El objetivo de la Medicina Bioinmunogenética no es la introducción de un fármaco para arreglar un órgano, sino ayudar a la célula a restablecer las vías de señalización y procesos alterados. Es decir, colaborar a la autorregulación celular.
Utilizando un símil, si en una orquesta nos parece que la pieza musical no suena como debe, tendríamos que indagar si el director ha cometido un fallo o se ha distraído, antes de reparar o sustituir los instrumentos.
La Bioinmunogenética utiliza nanovectores para introducir en el organismo los elementos naturales (puesto que existen en nuestras células) necesarios para restablecer las vías de señalización alteradas. Introducimos miRNAs, además de proteínas, ligandos de microRNAs, enzimas, hormonas y anticuerpos. Un solo miRNA puede regular muchos genes diana e influir en la vía de señalización. Y utiliza dosis nanomoleculares; que son las dosis a las que se encuentran normalmente en nuestras células. Se trata de llevar la información a los lugares de actuación, aumentando la eficacia y evitando los efectos secundarios.
CONCLUSIÓN
El descubrimiento de los RNAs interferentes, en especial los miRNAs, constituye un importantísimo avance en el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades, por su utilidad como biomarcadores y como herramientas terapeúticas, sin los efectos adversos que pueden producir los agentes farmacológicos tradicionales.
BIBLIOGRAFÍA
*https://en.wikipedia.org/wiki/MicroRNA
*https://www.exiqon.com/what-are-microRNAs
*Cavaillé, J. MicroRNA are everywhere. médecine/sciences. 2004. 20:p. 399-401
*Bernstein, E., Caudy, AA, et al. (2001) Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference. Nature 409 (6818): 363-6
*Bartel, DP. MicroRNAs: genomics, biogenesis, merchanism, and function. Cell. 2004 Jan 23; 116 (2): 281-97.
*Zeng, Y., Cullen, BR. (2005) Efficient processing of primary microRNA hairpins by Drosha requires flanking nonstructured RNA sequences. J.Biol Chem. 2005. doi:10.1074/jbc.M504714200
*Kim, VN. MicroRNA biogenesis: coordinated cropping and dicing. Nat Rev Mol Cell Biol. 2005 May; 6 (5): 376-85
*Luc, C, Tej, et al. Elucidation of the small RNA component of the transcriptome. Science. 2005 Sep 2; 309(5740): 1567-9
*Pillai, RS. MicroRNA function: multiple mechanisms for a tiny RNA? RNA. 2005 Dec; 11(12):1753-1761.
*Lewis, BP. et al. Conserveds seed pairing, often flanked by adenosines indicates that thousands of human genes are microRNA targets. Cell 2005 Jan 14; 120 (1):15-20
*Hayley, B. and Zamore, P.D. Kinetic analysis of the RNA: enzyme complex. Nat. Struct Mol. Biol, 2004. 11(7): p 599-606
*Ameres, S.L.,Martínez, J., and Schroeder, R. Molecular basis for target RNA recognition and cleavage by human RISC. Cell. 2007, 130 (1):p 101-12
*Rico-Rosillo, MG., et al. Importancia de los microARN en el diagnóstico y desarrollo de
enfermedades. Rev. Med Inst Mex Seguro Soc. 2014; 52(3):302-7
*González Martín, A. microRNAs: pequeños reguladores con un gran impacto en nuestro sistema inmune. http://dx.doi.org/10.18567/sebbmdiv_RPC.2019.10.1
*Sasaki, R. et al. Micro RNA-Based Diagnosis and Treatment of Metastatic Human Osteosarcoma. Cancers (Basel) 2019 Apr; 11(4):553
*Jones, K., Salah, Z. et al. MicroRNA signatures associate with pathogenesis and progression of osteosarcoma. Cancer Res. 2012 Apr 1; 72(7):1865-1877
*Calin, GA. Et al. Frequent deletions and down-regulation of micro-RNA genes miR15 and miR16 at 13q14 in chronic lymphocytic leukemia. Proc Natl Acad sci USA. 2002 Nov 6;99(24):15524-9
FIGURAS
- Modificación de las histonas (Shutterstock)
- Síntesis de proteínas mediante la transcripción (Shutterstock)
- Biosíntesis de miRNAs (Wikimedia Commons)
- Regulación pre- y post-transcripcional (Inmaculada Muñoz)
- Exosomas detectables en fluidos y útiles para el diagnóstico de enfermedades. Pueden contener miRNA, proteínas, RNA, DNA y lípidos de la célula de origen (Shutterstock)