El agua es esencial para enlazarse en las fiestas del ARN

basado en una publicación de la Universidad de Michigan #3# El agua, esa molécula tan polivalente, es famosa por sus funciones de dar forma a la Tierra, dar sustento a los seres vivos y servir como disolvente universal. Ahora, investigadores de la Universidad de Michigan y la Academia de las Ciencias de la República Checa han descubierto dos funciones anteriormente desconocidas del agua en las enzimas de ARN, unas moléculas que desempeñan un papel crítico en las células vivientes y en prometedoras aplicaciones médicas. Los hallazgos de los investigadores se publicarán online en las actas de la Academia Nacional de las Ciencias (Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS) esta semana. Las enzimas de ARN, también conocidas como ribozimas, aceleran las reacciones químicas en el interior de las células, al igual que hacen sus compañeras, más conocidas, las proteínas. Y al igual que las proteínas, las enzimas no son estructuras estáticas, sino que una ribozima también cambia de forma, alternando entre una forma activa y otra inactiva (llamadas conformaciones). En trabajos anteriores, un equipo liderado por Nils Walter, profesor asociado de química en la Universidad de Michigan, encontró que si se modifica la molécula de la ribozima en cualquier zona, incluso alejada de donde tiene lugar la reacción química, la velocidad con la que la enzima cambia de conformación y cataliza la reacción se ve afectada. Algo similar se había visto en las enzimas proteínicas, pero no en las enzimas de ARN. El hallazgo anterior, publicado en PNAS hace dos años, sugería que la información sobre los cambios en partes alejadas de la ribozima viaja a través de algún tipo de red hasta el núcleo de la molécula, donde tienen lugar las reacciones químicas. El trabajo más reciente muestra que moléculas de agua atrapadas en el interior del núcleo de la ribozima son componentes esenciales de esa red. La red se comporta como una multitud apelotonada en un cóctel, donde los enlaces por puentes de hidrógeno (atracciones electrostáticas débiles entre moléculas o partes de moléculas) hacen las veces de apretones de manos. Las moléculas de agua atrapadas en el núcleo de la ribozima pueden establecer puentes de hidrógeno con otras moléculas de agua o con partes de la molécula de ribozima. #4# 'Lo que interpretamos a partir de los datos es que, en las ribozimas, una modificación química introducida en un lugar modifica ligeramente la estructura local', dijo Walter. Los bloques que forman la ribozima se ajustan en posiciones diferentes y en el proceso se rompen algunos puentes de hidrógeno y se forman otros, como los asistentes al cóctel cambian de posición y entablan conversación con otros invitados. 'Como consecuencia, sus compañeros de puente de hidrógeno (algunos de los cuales son otras moléculas de agua) también se recolocan, lo que hace que se recoloquen los compañeros de estas, etc., generando un efecto dominó, en el que una modificación local se extiende por toda la molécula y modifica la estructura en otras partes, incluso a gran distancia', dijo Walter. El agua facilita el proceso al aumentar el número de puentes de hidrógeno, haciendo que la ribozima se comporte como un todo interconectado. Walter y sus compañeros también hallaron pruebas de que el agua está involucrada directamente en la catálisis de las reacciones que se dan en el núcleo de la ribozima, otra función desconocida anteriormente. El equipo de investigación exploró las nuevas funciones de las moléculas de agua utilizando una combinación de simulaciones computarizadas y una técnica denominada transferencia de energía de resonancia de fluorescencia (Fluorescence Resonance Energy Transfer, FRET), que permitió a los investigadores observar directamente y medir la rapidez con la que la ribozima cambiaba de forma y cómo variaba la velocidad al alterar diferentes partes de la molécula. La situación de las ribozimas contrasta con la de las proteínas, que repelen el agua de sus núcleos y recurren al contacto directo, en lugar de una red de puentes de hidrógeno, para comunicar cambios estructurales de un lugar a otro de la molécula. #5# Hasta ahora los investigadores se han centrado en una ribozima particular, pero Walter prevé que los hallazgos podrán aplicarse a otras enzimas de ARN. De ser así, estos hallazgos serían de gran interés para los científicos que aprenden cada vez más sobre las diversas funciones del ARN. Aunque hace tiempo se creía que no era más que un transportador pasivo de información genética, se sabe ahora que el ARN regula la expresión normal de genes y otros procesos celulares importantes, y además funciona como una especie de sensor que detecta señales de la célula y realiza las tareas adecuadas como respuesta. De hecho, hay muchos más de los denominados ARN no codificadores de proteínas en la célula (unos 100 000 en humanos), que no se traducen en proteínas, que ARN mensajeros de codificación de proteínas (unos 25 000), por lo que esta enorme cantidad de moléculas de ARN son agentes críticos en nuestros cuerpos. También se está trabajando en laboratorios académicos e industriales de todo el mundo en la ingeniería de ARN para propósitos médicos. Las moléculas construidas, denominadas aptámeros de ARN, se seleccionan por su capacidad para enlazarse a determinadas proteínas asociadas a algunas enfermedades, bloqueando pasos clave en el proceso de la enfermedad. 'Es probable que el agua ayude a formar los enlaces entre estos aptámeros y la proteína causante de la enfermedad para la que se diseña, manteniendo en definitiva la proteína alejada de donde puede causar daño', dijo Walter. 'Así que la comprensión fundamental que estamos adquiriendo sobre la función del agua en el ARN tendrá relevancia casi seguro en el tratamiento y la prevención de enfermedades'.