RNAi: cómo las moléculas de siRNA inhiben los mRNA

¿Qué es RNAi?

Durante años, los científicos han sabido que el ADN del núcleo de una célula se utiliza para producir ARN mensajero, también conocido como ARNm . Luego, los ribosomas en la célula traducen el ARNm y se usa para producir proteínas. Cada molécula de ARNm contiene el código genético necesario para producir una proteína, pero ese no es el final de la historia. Está claro que algunas proteínas se producen mucho más abundantemente que otras a pesar de cantidades similares de ARNm, pero durante mucho tiempo, no supimos realmente por qué. La primera pista sobre lo que realmente estaba sucediendo llegó a principios de la década de 1990 cuando científicos, en los Estados Unidos y los Países Bajos, manipularon plantas de petunia mediante ingeniería genética para tener copias adicionales de un gen que codificaba una importante enzima productora de pigmentos. Esperaban que las petunias que tenían genes adicionales produjeran más enzimas y, por lo tanto, tuvieran flores más oscuras. Cuando obtuvieron flores que eran parcial o totalmente blancas, ¡se sorprendieron! ¿Qué pudo haber causado que sucediera algo tan extraño? En ese momento, nadie lo sabía realmente, pero ahora entendemos que esto está sucediendo debido a algo llamado interferencia de ARN, o ARNi . En 1998, dos científicos, Andrew Fire y Craig C. Mello, descubrieron exactamente por qué las flores se volvieron blancas. En el proceso, descubrieron una importante vía reguladora de genes que ha revolucionado la forma en que estudiamos la expresión genética y desarrollamos tratamientos para enfermedades. Descubrieron que había segmentos cortos de ARN en el citoplasma celular que pueden unirse al ARNm y evitar que se produzca una proteína. Estos fragmentos de ARN, por lo general de solo 20-25 pares de bases de largo, se denominan ARN interferente pequeño o ARNip . Ahora sabemos que también hay piezas de ARN aún más pequeñas, llamadas micro ARN, que tienen una función similar. La forma en que los ARN pequeños desactivan el ARNm y previenen la producción de proteínas se llama interferencia de ARN o ARNi . En las células, el ARNi es importante para regular la expresión génica y defenderse de la infección por virus. En las plantas de petunia, las copias adicionales del gen hicieron que las plantas modificadas genéticamente produjeran más ARNm que codificaba la enzima, y ​​esto provocó que el ARNm fuera dirigido por la vía del ARNi y se destruyera antes de que se pudiera producir la enzima productora de pigmento. dando como resultado una flor con poco o ningún pigmento. El descubrimiento de RNAi no solo nos ha permitido hacer flores bonitas y comprender mejor cómo se regula la expresión genética, sino también investigar los mecanismos genéticos subyacentes a muchas enfermedades humanas terribles, como el cáncer y el SIDA. El ARNi también está acelerando el desarrollo de tratamientos para estas y muchas otras enfermedades.

¿Cómo funciona RNAi?

El ARNi se encuentra en muchas células eucariotas, incluidas las células de su propio cuerpo. La vía del ARNi comienza cuando la enzima DICER rompe una cadena larga de ARN bicatenario en ARNip. Luego, las dos hebras se desenrollan y una de ellas se une a un complejo proteico conocido como complejo silenciador inducido por ARN, o RISC . Una vez que RISC tiene siRNA unido a él, se vuelve activo y busca mRNA con una secuencia de pares de bases complementaria a la que se encuentra en el siRNA. Cuando encuentra una secuencia complementaria, se une a ella y luego rompe el ARNm en muchos pedazos, haciéndolo no funcional y previniendo la producción de proteínas.

ARNi en biología

El ARNi es una parte muy importante de la respuesta inmune innata a los virus en muchos organismos, particularmente en plantas e invertebrados. Un virus es típicamente una sola hebra de ARN encerrada en proteínas. Cuando un virus infecta una célula, su primera acción es hacerse cargo de la maquinaria de producción de proteínas en la célula y comenzar a producir sus propias proteínas para que pueda reproducirse. Como parte de este proceso, se generan fragmentos de ADN viral de doble hebra. Dado que el ARN es normalmente monocatenario, este ADN bicatenario hace que DICER se una y lo corte en ARNip, lo que desencadena la vía del ARNi y da como resultado la desactivación del virus. El ARNi también es importante para regular la expresión génica. En este caso, secciones cortas de ARN monocatenario se pliegan sobre sí mismas para formar ARN bicatenario, y luego se divide en pequeños trozos de microARN que se utilizan para regular la expresión de muchos genes y mantener la estabilidad cromosómica.

ARNi en investigación

El descubrimiento de RNAi ha revolucionado el estudio de la función y expresión de genes, un área de investigación conocida como genómica funcional . Los científicos ahora pueden introducir ARNip dirigido a una secuencia de ARNm específica en una célula, y esto reducirá drásticamente la cantidad de proteína que se produce a partir de ese ARNm. En muchos casos, no conocíamos la función de un gen hasta que se utilizó ARNi para inhibir su expresión. Cada día, descubrimos más sobre lo que hacen los genes individuales gracias a la tecnología RNAi, y esto finalmente conducirá a una mejor comprensión de las causas de las enfermedades, como el cáncer, que tienen un fuerte componente genético. Además, si se puede identificar el gen que causa un tipo específico de cáncer, el ARNi también podría usarse para inhibirlo específicamente y, por lo tanto, sería un tratamiento eficaz para el cáncer que tendría pocos efectos secundarios.

Resumen de la lección

Los ARNip son segmentos cortos de ARN en el citoplasma celular que pueden unirse al ARNm y evitar que se produzca una proteína. La forma en que los ARN pequeños desactivan el ARNm y previenen la producción de proteínas se llama interferencia de ARN o ARNi . En las células, el ARNi es importante para regular la expresión génica y defenderse de la infección por virus. Actualmente, los científicos están utilizando RNAi en la investigación para estudiar la función y expresión de los genes y para obtener una mejor comprensión de las causas de las enfermedades y desarrollar nuevos tratamientos para las enfermedades.

Los resultados del aprendizaje

Tendrá la capacidad de hacer lo siguiente después de esta lección:

• Definir ARNip
• Describir qué es la interferencia de ARN, ARNi y cómo funciona.
• Identificar la importancia del descubrimiento de RNAi
• Recuerde cómo se utiliza el ARNi en biología y en investigación.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador