El ARN es componente funcional clave de los espliceosomas, maquinarias moleculares que controlan cómo se expresan los genes, según han publicado en Nature un equipo de científicos de la Universidad de Chicago. El descubrimiento establece que es el ARN y no las proteínas el responsable de la catálisis de este proceso biológico fundamental, lo que viene a sumarse a otros indicios para apoyar la hipótesis de que la vida en la Tierra comenzó en un mundo basado únicamente en ARN.
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Una imagen computerizada de una molécula de ARN. Crédito: Richard Feldmann/UW |
“Dos de los tres procesos más importantes en la expresión de los genes en organismos eucariotas (empalme y traducción) se sabe ahora que son catalizados por ARN” dice Jonathan Staley, profesor asociado de genética molecular y biología celular de la Universidad de Chicago y coautor del estudio. “El camino para la expresión de los genes eucariotas está basado más en el ARN que en las proteínas”.
Para que los genes puedan expresarse, el ADN debe traducirse en proteínas, que son las moléculas funcionales que catalizan las reacciones químicas necesarias para la vida. Para ello, la información genética almacenada en el ADN debe copiarse primero en cadenas de ARN mensajero (ARNm), que se utilizan posteriormente para crear proteínas.
En los eucariotas, casi la mayoría de los genes experimentan empalmes alternativos, en los que un precursor del ARNm es cortado y vuelto a unirse en numerosas combinaciones distintas. Esto incrementa significativamente el número de proteínas que un único gen puede codificar, y se piensa puede ser la explicación de la complejidad en organismos superiores. El empalme es un mecanismo biológico crítico ya que, por ejemplo, al menos el 15% de las enfermedades humanas se deben a empalmes erróneos.
Los espliceosomas, formados por proteínas y fragmentos cortos de ARN no codificante, realizan el empalme vía catálisis, que en los procesos biológicos se atribuye normalmente a enzimas formadas por proteínas. Sin embargo, estudios previos habían apuntado que el ARN del espliceosoma podría ser también responsable de este proceso. Pese a décadas de estudio, esta pregunta había quedado sin respuesta, hasta ahora.
Para resolver esta cuestión, Staley y Joseph Piccirilli, profesor de bioquímica, química y biología molecular en la Universidad de Chicago, se asociaron con los estudiantes graduados Sebastian Fica y Nicole Tuttle, coautores también del estudio.
Los investigadores primero deshabilitaron la capacidad del espliceosoma para autocorregir errores en el proceso de empalme. Luego modificaron un átomo de cada lugar conocido en los que los precursores del ARNm se sabe son cortados durante la fase de empalme, y también varios átomos en U6, una subunidad de ARN del espliceosoma que se supone importante para la catálisis. Algunas de estas modificaciones resultaron en empalmes inefectivos. Después rescataron estas pérdidas de funcionalidad, sistemáticamente, investigando los lugares concretos tanto individualmente como combinados. Esto les permitió afinar en la detección de las localizaciones críticas para la función de empalmado y para identificar las conexiones entre U6 y los precursores de ARNm.
Jonathan Staley, Profesor asociado de la Universidad de Chicago |
El equipo investigador encontró que la subunidad U6 ARN controla directamente la función catalítica, actuando efectivamente como la cuchilla del espliceosoma. Esta es la primera prueba experimental de que el ARN es el componente clave de este mecanismo.
También encontraron similitudes remarcables, funcional y estructuralmente, entre el espliceosoma de ARN y los intrones del grupo II, una antigua y evolucionada clase de ARN catalítico autoempalmante, encontrado en la mayoría de las ramas de la vida. Por ello piensan que esto indica que esos dos catalizadores basados en ARN muestran un origen evolutivo común, proporcionando evidencias adicionales de que los modernos complejos de proteína y ARN, incluyendo el espliceosoma y el ribosoma, evolucionaron desde un mundo de ARN.
“En la vida actual, las enzimas de proteínas catalizan la mayoría de las reacciones biológicas”, nos cuenta Piccirilli. “El descubrimiento de que un sistema como el espliceosoma, que contiene más proteínas que ARN, utiliza el ARN para la catálisis y tiene un ancestro molecular compuesto enteramente por ARN sugiere que el centro reactivo del espliceosoma puede ser un fósil molecular procedente del ‘mundo de ARN’ ”.
RNA catalyses nuclear pre-mRNA splicing
http://www.nature.com/nature/journal/v503/n7475/full/nature12734.html
http://www.astrobio.net/pressrelease/5846/more-evidence-for-the-rna-world
