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El mapa de la actividad del genoma | Biociencia | elmundo.es

  • Un equipo internacional secuencia el ARN de 462 individuos
  • El hallazgo abre la puerta a monitorizar diagnósticos y tratamientos

En muchos sentidos, el organismo humano se parece a un ordenador. Toda la información básica para su desarrollo y su funcionamiento se almacena en un disco duro muy especial, el ADN, que para convertir en útiles todos los datos que contiene, necesita la ayuda de un sistema que los traduzca, transfiera y ejecute: el ARN.

Hace años, el papel del ARN fue eclipsado por las esperanzas puestas en el ADN, considerado el auténtico ‘mapa de la vida’. Sin embargo, cada día está más claro que comprender su labor es fundamental si se quieren desenmarañar todos los misterios que esconde el genoma.

Por ejemplo, el ARN es clave para comprender por qué nuestros genes se ‘apagan’ o ‘encienden’ a lo largo de la vida y, en última instancia, para saber por qué nuestro genoma nos hace más o menos susceptibles de sufrir una enfermedad.

Aunque es mucho todavía lo que se desconoce sobre este ácido ribonucleico, un equipo internacional con participación española ha ayudado a sacarlo un poco más a la luz. Según publican las revistas ‘Nature’ y ‘Nature Biotechnology’, estos científicos de nueve centros europeos han descrito el repertorio más completo hasta la fecha de los perfiles de expresión génica; es decir, han podido enlazar la información del ADN con la actividad funcional de estos genes, creando el primer mapa que señala las causas de las diferencias entre la actividad de los genes entre individuos.

“Esto nos permite comenzar a entender realmente este campo de la biología”, explica a ELMUNDO.es Xavier Estivill, jefe de grupo del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona y uno de los firmantes españoles del trabajo.

El trabajo, continúa, “ha demostrado la gran variación genética que influye en la regulación de nuestros genes“, aunque permitirá construir unas ‘leyes generales’ sobre el funcionamiento del genoma humano.

Conocer este amplísimo catálogo puede ser muy importante para comprender los mecanismos que causan las enfermedades o para desarrollar tratamientos en el futuro, señala Estivill, quien reconoce que “se trata de una tarea muy compleja que exige un gran esfuerzo colectivo”.

Para llegar a las conclusiones que publica esta semana ‘Nature’, el consorcio internacional con el que también han colaborado el Centro Nacional de Análisis Genómico de Barcelona y la Universidad de Santiago de Compostela, secuenció el ARN de células de 462 individuos que habían participado en el marco del proyecto ‘1.000 genomas’. Esto ha permitido añadir al mayor catálogo de genomas humanos con el que cuenta la ciencia una interpretación funcional de sus datos.

“Hasta ahora no había podido hacerse algo de estas dimensiones porque, mientras que el ADN es más estable, el ARN varía muchísimo entre células”, explica Estivill, cuyo equipo ha utilizado técnicas de secuenciación de última generación.

El siguiente paso en la investigación, comenta el especialista del CRG, es realizar una disección completa de todos los tipos celulares y en distintas condiciones fisiológicas y patológicas para afrontar “el desafío de ligar esa información con perfiles metabólicos o proteicos”.

“Por ejemplo, en una enfermedad que tiene un curso clínico que puede ser variable, como pueden ser los trastornos psiquiátricos, saber cómo son los perfiles de expresión y ver cómo cambian a lo largo del curso de la enfermedad puede ser muy importante para indicar o no un determinado tratamiento farmacológico”, señala Estivill.

“Hasta ahora, sólo podíamos obtener una radiografía de la vida molecular de los individuos. Pero, ahora, se abre la puerta a que podamos empezar a verla como una película”, ejemplifica.

Aunque no habla de plazos, para el especialista catalán este hallazgo puede suponer “un cambio sustancial” en el abordaje de la Medicina. “Hemos de ser capaces de tener respuestas para los cambios funcionales que suceden en nuestro organismo”.

Y, aunque el camino es largo, el avance científico ya “nos aporta las técnicas que nos permiten ver esos perfiles y, a partir de ahí, tomar decisiones terapéuticas”, concluye.

Todos los datos obtenidos en este proyecto, denominado GEUVADIS, están disponibles de forma gratuita para toda la comunidad científica. El acceso abierto a los datos pretende que otros investigadores vuelvan a explorar y analizar los datos desde distintas perspectivas.

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RNAi Treatment Steps Up | Science

Laguna Design/Science Source. Quieting disease. siRNA molecules like the one shown here (purple and green coils) may treat an inherited liver illness, a new study reports.

RNA interference (RNAi), a technique for silencing genes that shows potential for treating diseases, has been like a hot baseball prospect who hasn’t proven he can play in the big leagues. But now RNAi has turned in a performance that is winning researchers’ praise. A new study shows that the approach can dramatically and safely cut levels of a protein that causes a rare liver disease.

Our cells rely on RNAi—deploying diminutive RNA molecules such as microRNAs and small interfering RNAs (siRNAs)—to turn down activity of specific genes. Researchers only discovered this process in the late 1990s, but they’ve already begun dozens of clinical trials to gauge whether infusing patients with these small RNAs works against a range of diseases, from lung infections to liver cancer to age-related macular degeneration, a sight-stealing condition that mainly affects people over the age of 50. Although some results are promising, what remains unclear is whether an effective dose of RNAi will also be safe, says nucleic acid biologist Mark Kay of Stanford University in Palo Alto, California.

In the new work, neurologist Teresa Coelho of the Hospital de Santo Antonio in Portugal and colleagues tested RNAi in patients who had transthyretin amyloidosis, a fatal genetic disease in which liver cells pump out excess amounts of a protein called transthyretin. Normally, transthyretin ferries hormones through the blood, but the extra protein builds up in the nerves, the heart, and elsewhere in the body. Although liver transplants can lengthen the lives of some patients, the disease remains incurable.

The team infused 24 transthyretin amyloidosis patients with an siRNA that curbs cells’ production of the protein. Because RNA-destroying enzymes prowl the spaces between our cells, the siRNAs were tucked inside tiny lipid droplets, known as lipid nanoparticles. Control patients received an infusion of saline. Using a group of healthy subjects, the researchers also tested a slightly different lipid nanoparticle that carried the same siRNA.

In the transthyretin amyloidosis patients, siRNA treatment cut transthyretin levels by 38% after 7 days, the researchers report online today in The New England Journal of Medicine. The healthy patients who received the alternative lipid nanoparticles showed an even bigger decrease, averaging as much as 87%. Those results reveal that liver cells absorbed the lipid nanoparticles and the siRNAs inside turned down transthyretin output. Coelho calls this an “important reduction” in the protein, though the researchers didn’t determine whether siRNA slowed the progress of the disease. They will be measuring that in a 15-month follow-up study that will take place in the United States, Europe, and South America.

Some patients developed allergylike reactions, with symptoms such as flushing and chest tightness. But these problems usually went away if the delivery of the nanoparticles was stopped and then resumed at a slower pace, Coelho says.

The study “unambiguously shows that you can achieve a robust [protein decrease] in humans using RNAi therapeutics,” Kay sats. “This opens the door to medicinal RNAi,” adds molecular biologist David Corey of the University of Texas Southwestern Medical Center in Dallas.

siRNAi therapy could also work against other liver diseases, says molecular geneticist John Rossi of City of Hope in Duarte, California. But he cautions that “since the lipid carriers primarily target the liver, it is not apparent to me if nonliver based diseases can be treated in a similar fashion.”

Controlling diseases such as transthyretin amyloidosis would presumably require multiple treatments over several years, so researchers also need to find out if the siRNA and lipid nanoparticle combination is safe over the long term, Kay says.

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Identifican dónde nacen las nuevas células cardiacas – Salud | abc.es

 

Corazones neonatales de ratas tratadas con un microARN control (izda) o con dos en los que se ve la proliferación de los cardiomiocitos.Nature

¿Cómo y dónde se regeneran las células cardiacas? Desde hace tiempo los investigadores han tratado de identificar la fuente de las nuevas células cardíacas adultas y determinar la capacidad del corazón de los mamíferos para autoregenerarse. Ahora, gracias a un estudio que se publica en Nature ya se puede localizar la fuente de las células cardíacas: según el trabajo, son las propias células del músculo cardíaco preexistentes las que se dividen lentamente para generar más células musculares en el corazón. El trabajo resuelve así uno de los debates más relevantes relacionados con la localización de la fuente de las nuevas células adultas del corazón.

Hasta ahora se sabía que en el corazón se generan nuevas células, pero se desconocía como nacían y con qué frecuencia. En la nueva investigación, realizada en el Hospital de Mujeres Brigham (EE.UU.), gracias a un sofisticado sistema de imagen (espectrometría de masas de isótopos de múltiples imágenes), se han localizado dichas células cardiacas y se ha logrado describir sus orígenes.

Con el uso de esta técnica, el equipo de Richard Lee, ha demostrado que el proceso de regeneración se reduce con la edad, pero aumenta después de un ataque cardíaco en la zonas próximas a la lesión. El estudio muestra además que las células progenitoras cardíacas, una fuente discutida de nuevas células, no parecen tener un papel importante en el mantenimiento del corazón, y que probablemente su función después de una lesión sea limitada. En su lugar, subraya Lee, las células musculares del corazón o cardiomicocitos preexistentes son la fuente dominante.

Datos sorprendentes

Los datos resultan llamativos porque se pensaba que las células progenitoras cardíacas tenían un papel más que relevante en este proceso. Los investigadores se sorprendieron al encontrar que las nuevas células del músculo cardíaco surgían, principalmente, de las actuales células del músculo del corazón, en vez de las células madre. E incluso, tras un ataque al corazón, la mayoría de las nuevas células del corazón nacieron a partir de células cardíacas preexistentes, y no de las células madres, como siempre se había creído.

«Nuestros datos muestran que los cardiomiocitos adultos son los principales responsables de la generación de nuevos cardiomiocitos y que, a medida que envejecemos, perdemos parte de esta capacidad para formar nuevas células cardíacas -explica Lee-. Esto significa que estamos perdiendo nuestro potencial para reconstruir el corazón en la segunda mitad de la vida, justo cuando más nos atacan las enfermedades del corazón. Si somos capaces de desentrañar por qué ocurre esto, es posible que podamos avanzar en la regeneración cardiaca».


ARN regenerativo

En otro trabajo que también se publica en Nature, el equipo de Mauro Giacca, del Instituto Internacional de Ingeniería Genética y Biotecnología de Trieste (Italia), ha identificado una serie de fragmentos cortos de ARN (40 microARN) que pueden estimular la regeneración cardiaca después de un ataque al corazón.

Giacca explica que estos diferentes 40 microARN estimulan la proliferación de células del músculo cardiaco de los ratones. Y, cuando se inyectaron los dos microRNAs más potentes en el corazón de los ratones que habían sufrido un infarto, observaron una reducción del tamaño de la lesión infartado y una recuperación funcional casi total del corazónLos investigadores señalan que estos microRNAs parecen funcionar al influir sobre más de 40 genes celulares diferentes y esperan que su hallazgo ayude al desarrollo de terapias regenerativas para los humanos.

Identifican dónde nacen las nuevas células cardiacas – Noticias de Salud | abc.es.

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Realización de una vacuna contra la gripe sin el virus – Science

Nuevo Enfoque. La nueva vacuna no utiliza las dos Proteínas En La Superficie Del virus de la gripe, De La Que Se Muestra Aqui Como. Puntos azules y rojos, Pero que codifican ARNm UNO de ELLOS. crédito

Una nueva estrategia podría hacer vacunas contra la gripe de forma más barata, más segura y más fácil de producir. Usando ARN mensajero (ARNm) sintético en lugar de proteínas purificadas de virus, científicos alemanes han demostrado que pueden proteger a los ratones, hurones y los cerdos contra la gripe. “Este es un enfoque nuevo muy interesante”, dice Hans-Dieter Klenk, virólogo de la Universidad de Marburg en Alemania, que no participó en el trabajo.

Ahora, la mayor parte de las vacunas contra la gripe constan de la hemaglutinina y la neuraminidasa, las dos proteínas que cubren la superficie del virus. Para producir estas moléculas, las tres cepas predominantes de la influenza son cultivadas en huevos de gallina fertilizados o, cada vez más, en cultivo celular. A continuacion se recolecta el virus y se rompe de modo que las dos proteínas se puedan purificar.

La recuperación idónea de una determinada cepa tanto si crece en huevos como en células es difícil de predecir, sin embargo, y producir la suficiente cantidad de virus para millones de dosis de vacuna lleva muchos meses al año. Este es un problema especialmente difícil cuando una cepa nueva de gripe pandémica emerge, como ocurrió en 2009 con la gripe porcina. La mayor parte de la vacuna contra ese virus llegó a estar disponible mucho después de que la pandemia ya había pasado su apogeo.

Ahora, científicos de la Friedrich-Loeffler-Institute (Instituto Federal Alemán de Investigación para la Salud Animal), y CureVac empresa de biotecnología en Tubinga han desarrollado un nuevo enfoque. Ellos diseñaron un pedazo de ARNm que codifica la hemaglutinina de la cepa H1N1 del influenza. Las células utilizan el mARN para transporte la información contenida en el genoma del núcleo en la periferia de la célula, donde se traduce en una proteína. Mediante la inyección de ARNm sintético en la piel de ratones, los investigadores engatusaron las células de los animales para la producción de la proteína del virus por sí mismos. Esto provocó una respuesta inmune que luego protegió a los animales de la infección con dosis letales de virus de la gripe , informaron los investigadores en línea el 25 de noviembre en la revista Nature Biotechnology .

Una vacuna contra el ARNm puede tener otras ventajas. No hay necesidad de cultivar el virus, todo lo que se necesita es la secuencia de la cepa de la gripe. Eso significa que su distribución podría ser lista dentro de 6 a 8 semanas, escriben los autores, y los costos de producción caerían mucho. La vacuna no tiene por qué mantenerse en refrigeración para su almacenamiento o distribución, según ellos, y acaba con el peligro de un choque anafiláctico en personas que son alérgicas a la ovoalbúmina, una proteína en los huevos de gallina que a menudo está presente en las tomas de cantidades muy bajas.

Realización de una vacuna contra la gripe sin el virus – ScienceNOW.

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Un vistazo al ‘corazón’ del virus de la gripe | Biociencia | elmundo.es

 

Detalle de la estructura tridimensional descrita. | Science

  • Españoles desvelan la estructura de la ‘maquinaria’ interna del virus de la gripe
  • Este complejo es clave en la transcripción y replicación de estos patógenos

Para los virus de la gripe, los humanos somos un viejo conocido. Saben bien cómo funcionamos, qué tienen que hacer para hacerse fuertes en nuestro organismo, cómo ‘renovarse’ cada año para enfrentarse a las vacunas…

A la ciencia le está costando un poco más destapar las múltiples caras de este patógeno, aunque, poco a poco, vamos aprendiendo a conocerle. La última pista sobre su forma de actuar la da esta semana en ‘Science Express’ un equipo de investigadores españoles.

Su trabajo, el culmen de más de 10 años en el laboratorio, ha permitido demostrar cómo es la estructura molecular de la ‘maquinaria’ interna que permite replicarse a los virus.

El ‘corazón’ de los virus está compuesto por ocho segmentos de ácido ribonucleico (ARN) que componen el código genético del virus y están asociados a varias proteínas virales y una enzima polimerasa. Estos complejos, denominados ribonucleoproteínas, son los encargados de la replicación del virus; es decir, de ‘producir’ nuevas copias de sí mismos que, posteriormente, contribuirán a diseminar la infección.

Hasta ahora, definir la estructura de esa ‘maquinaria’ había supuesto un desafío para la ciencia. Pero un equipo conjunto dirigido por Jaime Martín-Benito, del Departamento de Estructura de Macromoléculas, y Juan Ortín, del Departamento de Biología Molecular y Celular del Centro Nacional de Biotecnología (CSIC), ha conseguido desentrañarla.

Su trabajo ha revelado la estructura tridimensional en doble hélice de esa maquinaria molecular y ha descrito cómo es la interacción entre ARN, proteínas y polimerasa en el interior de las ribonucleoproteínas.

“Podemos establecer un símil con los cromosomas en nuestro genoma. Lo que hemos conseguido es describir cómo están organizadas estas máquinas que, salvando las distancias, se asemejan a un cromosoma y que son las que permiten la transcripción y la replicación de los virus de la gripe”, explica Martín-Benito a ELMUNDO.es.

Ampliar el arsenal terapéutico

La investigación abre la puerta a nuevas armas farmacológicas contra la gripe que sean capaces de ‘frenar’ la multiplicación de los virus una vez que llegan al organismo. Los únicos medicamentos aprobados frente a la gripe -oseltamivir y zanamivir- actúan inhibiendo una proteína clave para la diseminación de la infección; pero, hasta ahora, no se ha autorizado ningún fármaco que impida la replicación de los virus.

A corto plazo, este trabajo también permitirá plantear modelos experimentales para testar en el laboratorio cómo se produce la replicación viral. “A partir de ahora tenemos una plataforma sobre la que poder construir”, aclara Ortín.

Los investigadores han trabajado con un subtipo de virus de la gripe tipo A (un H1N1 distinto al que generó la pandemia en 2009), aunque creen que el modelo es extrapolable “a todos los subtipos de ese mismo grupo”.

La revista científica publica en el mismo número un trabajo dirigido por Ian Wilson, del Instituto de Investigación Scripps (EEUU) que, simultáneamente, también ha demostrado la estructura tridimensional de las ribonucleoproteínas.

“Es totalmente casual”, comentan los investigadores, ya que no han mantenido ningún contacto de colaboración con el otro grupo.

Un comentario que acompaña a la publicación de estas investigaciones en la revista científica alaba el hallazgo y asegura que tendrá un“tremendo impacto” y ayudará a “elevar la comprensión de la biología y la estructura del virus de la gripe a un nuevo nivel”.

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Origen de los Virus | Scitable

¿Cómo evolucionan los virus? ¿Son una forma simplificada de algo que existió hace mucho tiempo, o una culminación definitiva de pequeños elementos genéticos unidos?

Por: David R. Wessner, Ph.D. (Departamento de Biología, Universidad de Davidson)  © 2010 Nature Education 

La historia de la evolución de los virus representa un fascinante aunque, aunque turbio, para virólogos y biólogos celulares. Debido a la gran diversidad entre los virus, los biólogos han tenido problemas para clasificar estos entes y establecer cómo se relacionan en el árbol de la vida convencional. Podrían representar elementos genéticos que consiguieron adquirir la habilidad de moverse entre las células. Pueden representar también organismos de vida libre anteriores que se convirtieron en parásitos. Ellos pueden ser los precursores de la vida tal y como la conocemos.

Los fundamentos de los virus

Sabemos que los virus son muy diversos. A diferencia de todas las demás entidades biológicas, algunos virus, como el virus de la polio, tienen ARN en su genoma y otros, como el virus del herpes, tienen genomas de ADN. Además, algunos virus (como el virus de la gripe) tienen un genomas monocatenarios, mientras que otros como la viruela tienen genomas bicatenarios. Sus estructuras y estrategias de replicación son igualmente diversas. Los virus, sin embargo, comparten algunas características en común: en primer lugar, por lo general son bastante pequeños, con un diámetro de menos de 200 nanómetros (nm). En segundo lugar, sólo se pueden replicar dnetro de una célula huésped. En tercer lugar, ningún virus conocido contiene ribosomas, un componente celular necesario para la maquinaria de traducción (elaboración) de proteínas.

Son seres vivos?

Para examinar esta cuestión, es necesario tener una buena comprensión de lo que entendemos por “vida”. Aunque las definiciones específicas pueden variar, los biólogos están de acuerdo en que todos los organismos vivos exhiben varias propiedades clave: pueden crecer, reproducirse, mantener una interna homeostasis, responder a estímulos, y llevar a cabo diversos procesos metabólicos. Además, las poblaciones de organismos vivos evolucionan con el tiempo.

¿Los virus se ajustan a estos criterios? Sí y no. Probablemente nos damos cuenta de que los virus se reproducen de alguna manera. Podemos llegar a ser infectados con un pequeño número de partículas de virus – por inhalación de partículas expulsadas cuando otra persona tose, por ejemplo – y luego enfermar durante varios días después, cuando los virus se replican dentro de nuestros cuerpos. Del mismo modo es probable que se den cuenta de que los virus evolucionan con el tiempo. Tenemos que conseguir una vacuna contra la gripe todos los años debido principalmente a los cambios del virus de la gripe, o por su evolución, de un año a otro (Nelson y Holmes 2007).

Los virus, no obstante, no llevan a cabo procesos metabólicos. Más notablemente, los virus difieren de los organismos vivos en que no pueden generar ATP. Los virus tampoco poseen la maquinaria necesaria para la traducción, como se mencionó anteriormente. Ellos no poseen ribosomas y no pueden formar proteínas de forma independiente a partir de moléculas de ARN mensajero. Debido a estas limitaciones, los virus pueden replicarse únicamente dentro de una célula huésped viva. Por lo tanto, los virus son parásitos intracelulares obligados. De acuerdo con una definición estricta de la vida, son inertes. No todos, sin embargo, necesariamente estarán de acuerdo con esta conclusión. Tal vez los virus representen un tipo diferente de organismos en el árbol de la vida – los organismos codificantes encapsulados (capside-encoding organism) o CEOs (Figura 1; Raoult y Forterre 2008).

Figura 1: Los virus y el árbol de la vida. Aunque la mayoría de los biólogos argumentan que los virus no están vivos, algunos argumentan que los virus deben ser incluidos en el árbol de la vida. Todos los organismos, sostienen, debe dividirse en organismos con codificación ribosómica (OER) y organismos capside-encoding (CEOs). Las bacterias, arqueobactheria y eucariotas son OER, los virus son CEOs. © 2008 Nature Publishing Group Raoult, D. & Forterre, P. Redefinición de los virus: lecciones de Mimivirus. Nature Reviews Microbiología 6, 315-319 (2008) doi: 10.1038/nrmicro1858. Todos los derechos reservados.

¿De dónde provienen los virus?

Hay un gran debate entre los virólogos sobre esta cuestión. Tres hipótesis principales han sido articuladas: 1. La progresiva o de escape, hipótesis que establece que los virus surgieron de elementos genéticos que ganaron la habilidad de moverse entre las celulas; 2. la regresiva, o de reducción, hipótesis que afirma que los virus son restos de organismos celulares, y 3.la hipotesis viruses-first que establece que los virus son anteriores o coevolucionaron junto con sus anfitriones celulares actuales.

La Hipótesis Progresiva

Según esta hipótesis, los virus se originaron a través de un proceso progresivo. Elementos genéticos móviles, trozos de material genético capaces de moverse dentro de un genoma, ganaron la capacidad de salir de una célula y entrar en otra. Para conceptualizar esta transformación, vamos a examinar la replicación de los retrovirus, la familia a la cual pertenecen los virus del VIH.

Los retrovirus poseen un genoma de ARN monocatenario. Cuando el virus entra en una célula huésped, una enzima viral, la transcriptasa inversa, convierte el RNA de cadena sencilla en ADN de doble cadena. Este ADN viral luego migra hacia el núcleo de la célula huésped. Otra enzima viral, la integrasa, inserta el ADN viral de nueva formación en el genoma de la célula huésped. Los genes víricos, entonces, pueden ser transcritos y traducidos. La polimerasa de ARN de la célula huésped puede producir nuevas copias de cadena sencilla del genoma del virus de ARN. La progenie del virus se monta y sale de la célula para comenzar el proceso de nuevo (Figura 2).

Figura 2: La replicación de los retrovirus
Después de un retrovirus entra en una célula huésped, la transcriptasa inversa retroviral convierte el genoma de ARN en ADN de doble cadena. Este ADN viral luego migra hacia el núcleo y se integra en el genoma del huésped. Genes virales son transcritos y traducidos. Nuevas partículas de virus montar, salir de la célula, y pueden infectar otra célula.

Este proceso refleja fielmente el movimiento de un importante, aunque inusual, componente de la mayoría de los genomas eucariotas: los retrotransposones. Estos elementos genéticos móviles alcanzan un sorprendente 42% del genoma humano (Lander et al . 2001) y pueden moverse dentro del genoma a través de un intermediario del ARN. Al igual que los retrovirus, ciertas clases de retrotransposones, los retrotransposones quasi-víricos, codifican una transcriptasa inversa y, a menudo, una integrasa. Con estas enzimas, estos elementos pueden transcribirse en ARN, la transcripción inversa en el ADN, y luego se integran en una nueva ubicación dentro del genoma (Figura 3). Podríamos especular con la idea de que la adquisición de unas pocas proteínas estructurales podrían permitirle al elemento la salida de una célula y la entrada en otra, convirtiéndose así en un agente infeccioso. En efecto, las estructuras genéticas del retrovirus y de los retrotransposones quasi-víricos muestran notables similitudes.

Figura 3: replicación viral-como retrotransposones
ARN polimerasas celulares transcribir retrotransposones, formando una copia de ARN del elemento. Después de la traducción, la transcriptasa inversa convierte el ARN retrotransposón en ADN de doble cadena. Esta copia de ADN del retrotransposón entonces integra, en una nueva ubicación, en el genoma de la célula misma.

La hipótesis regresiva

En contraste con el proceso progresivo que se acaba de describir, los virus pueden haberse originado a través de un proceso regresivo o de reducción. Los microbiólogos están de acuerdo en que ciertas bacterias que son parásitos intracelulares obligados, como algunas especies de Chlamydia yRickettsia, evolucionaron a partir de antepasados ​​de vida libre. De hecho, los estudios genómicos indican que la mitocondria de las células eucariotas y Rickettsia prowazekii pueden compartir un antepasado común de vida libre antepasado (Andersson et al . 1998). Se deduce, entonces, que los virus existentes pueden haber evolucionado a partir de otros organismos más complejos, posiblemente de vida libre, que perdieron la información genética con el tiempo, a medida que adoptaron un enfoque parásito de la replicación.

La hipótesis de virus-first

Tanto las hipótesis progresivas como regresivas asumen que las células existían antes de los virus. ¿Qué pasa si los virus ya existieron primero? Recientemente, varios investigadores propusieron que los virus pueden haber sido las primeras entidades replicantes. Koonin y Martin (2005) postulan que los virus existen en un mundo precellular como unidades auto-replicantes. Con el tiempo estas unidades, en su opinión, se hicieron más organizada y más complejas. Finalmente, las enzimas para la síntesis de membranas y paredes celulares evolucionaron, dando como resultado la formación de las células. Los virus, por tanto, pueden haber existido antes que bacterias, arqueas o eucariotas (Figura 4; Prangishvili et al . 2006).

La mayoría de los biólogos están de acuerdo en que las primeras moléculas replicantes consistían en ARN y no en ADN. También sabemos que algunas moléculas de ARN, ribozimas, exhiben propiedades enzimáticas, ya que pueden catalizar reacciones químicas. Tal vez, simples moléculas de ARN replicantes, existentes antes de la primera célula formada, desarrollaron la capacidad de infectar las células antes que otras. ¿Podrían ser los virus de ARN monocatenarios actuales ser los descendientes de estas moléculas de ARN precelulares?

Otros han argumentado que los precursores de los NCLDVs actuales llevaron a la aparición de las células eucariotas. Villarreal y DeFilippis (2000) y Bell (2001) describen los modelos que explican esta propuesta. Tal vez, como ambos grupos postulan, el núcleo actual de las células eucariotas surge de un evento endosimbiótica como por ejemplo que un virus complejo con ADN envuelto convirtió en un residente permanente de una ya emergente célula eucariota.

No sólo una hipótesis puede ser correcta

De dónde proceden los virus no es una pregunta fácil de responder. Se puede argumentar de manera convincente que ciertos virus, como los retrovirus, surgen a través de un proceso progresivo. Algunos elementos genéticos móviles adquirieron la habilidad de viajar entre las células, convirtiéndose en agentes infecciosos. También se puede argumentar que los virus grandes de ADN surgen a través de un proceso regresivo por el cual entidades que fueron alguna vez independientes perdieron genes clave con el tiempo y adoptaron una estrategia de replicación parasitaria. Por último, la idea de que los virus dieron lugar a la vida tal y como la conocemos presenta posibilidades muy interesantes. Tal vez los virus de hoy en día surgieron varias veces, a través de múltiples mecanismos, o tal vez todos los virus surgieron a través de un mecanismo aún por descubrir. Hoy en día la investigación básica en campos como la microbiología, genética y biología estructural nos puede proporcionar respuestas a esta pregunta básica.

Figura 4: Los virus como precursores de la vida celular
En lugar de ser derivado de las células existentes o elementos genéticos móviles, los virus pueden haber existido antes de la vida celular. Autorreplicantes unidades en el virosphere antiguo pudo haber adquirido la capacidad para formar las membranas y paredes celulares, lo que lleva a la evolución de los tres dominios de la vida. Los virus y luego siguió evolucionando con los anfitriones en evolución.

Referencias y Lecturas Recomendadas


Andersson, SGE et al . La secuencia del genoma de Rickettsia prowazekii y el origen de las mitocondrias. Naturaleza 396 , 133-143 (1998) doi: 10.1038/24094.

Bell, eucariogénesis PJL Viral: ¿Fue el antecesor del núcleo de un virus de ADN complejo? Journal of Molecular Evolution 53 , 251-256 (2001) doi: 10.1007/s002390010215.

Koonin, EV & Martin, W. Sobre el origen de los genomas y las células dentro de los compartimentos inorgánicos. Trends in Genetics 21 , 647-654 (2005).

Lander, ES et al . Secuencia inicial y el análisis del genoma humano. Naturaleza 409 , 860-921 (2001) doi: 10.1038/35057062.

La Scola, B. et al . Un virus gigante en amebas. Ciencia 299 , 2033 (2003) doi: 10.1126/science.1081867.

Nelson, MI & Holmes, EC La evolución de la gripe epidémica. Nature Reviews Genetics 8 , 196-205 (2007) doi :10-1038 / nrg2053.

Prangishvili, D., Forterre, P. & Garrett, virus RA de la Archaea:. Una visión unificadora Nature Reviews Microbiology 4 , 837-848 (2006) doi: 10.1038/nrmicro1527.

Raoult, D. & Forterre, P. Redefinición de los virus: Lecciones de mimivirus. Nature Reviews Microbiología 6 , 315-319 (2008) doi: 10.1038/nrmicro1858.

Raoult, D. et al . El 1,2-megabase secuencia del genoma de Mimivirus. Ciencia 306 , 1344-1350 (2004) doi: 10.1126/science.1101485.

Villarreal, LP & DeFilippis, VR Una hipótesis para los virus de ADN como el origen de replicación proteínas eucarióticas. Journal of Virology74 , 7079-7.084 (2000).

Xiao, C. et al . Cryo-microscopía electrónica del gigante Mimivirus. Journal of Molecular Biology 353 , 493-496 (2005) doi: 10.1016/j.jmb.2005.08.060.

Origen de los Virus | Scitable.

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La transcripción de RNA polimerasa para procaryota y eucaryota | Scitable

La expresión génica está vinculada a la transcripción del ARN, que no puede ocurrir sin la ARN polimerasa. Sin embargo, aquí es donde las similitudes de expresión entre procariotas y eucariotas finalizan.

Cada célula nucleada diploide del cuerpo contiene el mismo ADN o genoma, sin embargo, las células parecen comprometidas en diferentes tareas especializadas, por ejemlo, las células de riñón absorben sodio, mientras que las células del páncreas producen insulina. ¿Cómo es esto posible? La respuesta está en uso diferencial del genoma, en otras palabras, las diferentes células dentro del cuerpo expresan diferentes porciones de su ADN. Este proceso, que se inicia con la transcripción de ADN en ARN, en última instancia conduce a cambios en función de la célula. Los cambios en la transcripción son, por tanto, un medio fundamental por el que se regula la función de las células a través de las especies. De hecho, incluso los organismos unicelulares, como las bacterias, regulan la transcripción génica en función de las señales en su entorno. Por lo tanto, la comprensión de cómo la transcripción está regulada es fundamental para descifrar los misterios del genoma.

Para el proceso de la transcripción es fundamental conocer el complejo de proteínas conocidas como las ARN polimerasas. ARN polimerasas se han encontrado en todas las especies, pero el número y la composición de estas proteínas varía según los taxones. Por ejemplo, las bacterias contienen un único tipo de ARN polimerasa, mientras que los eucariotas (organismos multicelulares y levaduras) contienen tres tipos distintos. A pesar de estas diferencias, existen sorprendentes similitudes entre los mecanismos transcripcionales. Por ejemplo, todas las especies requieren un mecanismo por el que la transcripción se puede regular a fin de lograr cambios espaciales y temporales en la expresión génica. Para entender completamente lo que esto significa, en primer lugar es necesario examinar los mecanismos de la transcripción del ARN con más detalle.

Transcripción: Una visión general

En todas las especies, la transcripción se inicia con la unión del complejo de la ARN polimerasa (o holoenzima ) a una secuencia de ADN especial al principio del gen conocido como promotor. La activación del complejo de la polimerasa de ARN permite el inicio de la transcripción, y esto es seguido por la elongación del fragmento transcrito. A su vez, el alargamiento de transcripción conduce a la liberación del promotor, y el proceso de transcripción puede comenzar de nuevo. La transcripción por lo tanto se puede regular en dos niveles: a nivel de promotor (cis regulación) y a nivel de la polimerasa (regulación trans). Estos elementos difieren en bacterias y eucariotas.

La transcripción en bacterias

En las bacterias, toda transcripción se lleva a cabo por un único tipo de ARN polimerasa. Esta polimerasa contiene cuatro subunidades catalíticas y una única subunidad reguladora conocida como sigma (s). Curiosamente, han sido identificados varios factores sigma distintos y cada uno de estos supervisa la transcripción de un conjunto único de genes. Los factores sigma son, por tanto, discriminatorios, ya que cada uno se une a un conjunto distinto de secuencias de promotor.

Un notable ejemplo de la especialización de los factores sigma para promotores génicos diferentes lo proporciona la esporulación bacteriana de las especies de Bacillus subtilis. Esta bacteria existe en dos estados: vegetativo (creciendo) y en esporulación. Los genes implicados en la formación de esporas no se expresan normalmente durante el crecimiento vegetativo. Sorprendentemente, la expresión de un gen que codifica un factor sigma novel activa primero los genes de la esporulación. La posterior expresión de diferentes factores sigma entonces activs un nuevo conjunto de genes necesarios para el proceso de esporulación ulterior (Stragier y Losick, 1992). Cada uno de estos factores sigma reconoce los promotores de los genes en su grupo, no los que han sido vistos por otros factores sigma. Este sencillo ejemplo ilustra cómo la transcripción puede ser regulada en forma cis y trans para provocar cambios en la función celular. Por lo tanto, mientras que las bacterias lograr la transcripción de todos los genes utilizando un único tipo de ARN polimerasa, el uso de diferentes subunidades del factor sigma proporciona un nivel adicional de control.

La transcripción en eucariotas

Las células Eucariotas son más complejas que las bacterias de muchas maneras, incluso en términos de la transcripción. Específicamente, en los eucariotas, la transcripción se logra por tres tipos diferentes de ARN polimerasa (ARN pol I-III). Estas polimerasas se diferencian en el número y tipo de subunidades que contienen, así como la clase de RNAs que transcriben, es decir, ARN pol I transcribe ARN ribosómicos (ARNr), ARN pol II transcribe ARN que se convertirán en los ARN mensajeros (ARNm) y también pequeños RNAs reguladores, y ARN pol III transcribe ARN pequeños, tales como los ARN de transferencia (ARNt).

Estructuras como árbol de Navidad pueden ser visualizadas durante la transcripción activa. Las cepas de levadura que expresan condicionalmente la snoRNA U3 o Utp7 a partir de un promotor galactosa fueron utilizadas para hacer los diferenciales de la cromatina.

Ya que la RNA pol II transcribe genes codificadores de proteínas, ha sido de especial importancia para los científicos que estudian la regulación de la expresión génica en eucariotas, y su función se ha llegado a conocer bien. Por ejemplo, los investigadores saben que el ARN pol II puede unirse a una secuencia de ADN en el promotor de muchos genes, conocidos como la caja TATA, para iniciar la transcripción. Junto con otras causas comunes (secuencias cortas de reconocimiento en el ADN), estos elementos constituyen el núcleo promotor. Sin embargo, los cambios en la afinidad de ARN pol II y, por lo tanto, en la expresión génica, puede ser influenciados por  secuencias de ADN circundantes (enhancers), que a su vez reclutan factores de transcripción. Si bien estas propiedades de regulación de la transcripción son muy importantes, siguen siendo un área de investigación activa.

Curiosamente, la ARN pol II es únicamente sensible a amatoxinas tales como un alfa-amanitina del extremadamente tóxico género de hongos Amanita (Weiland, 1968), un hecho que los investigadores han sido capaces de explotar a los efectos de los estudios de la polimerasa, aunque los cazadores amateurs de setas deberían tener cuidado! Así, mientras que la transcripción eucariota es mucho más compleja que la transcripción bacteriana, la principal diferencia entre los dos tipos de transcripción se encuentra en la RNA polimerasa.

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Los ribosomas, Transcripción, Traducción | Nature | Scitable

La información genética almacenada en el ADN es un archivo viviente de instrucciones que las células usan para llevar a cabo las funciones de la vida. Dentro de cada célula, algunos catalizadores buscan la información apropiada de los “archivos” y la utilizan para construir nuevas proteínas – proteínas que forman las estructuras de la célula, ejecutan las reacciones bioquímicas y a veces se fabrican para su exportación. Aunque todas las células que componen un organismo multicelular contienen idéntica información genética, las células funcionalmente diferentes dentro del organismo utilizan diferentes conjuntos de catalizadores para expresar sólo partes específicas de estas instrucciones para llevar a cabo las funciones de la vida.

¿Cómo se transmite la información genética en las células en división? 

Cuando una célula se divide, se crea una copia de su información genética – en la forma de moléculas de ADN – para cada una de las dos células hijas resultantes. La precisión de estas copias determina la salud y características hereditarias de las células resultantes, por lo que es esencial que el proceso de replicación de ADN ser tan preciso como sea posible (Figura 1).

Figura 1: la replicación del ADN de la cadena adelantada y atrasada. La helicasa descomprime el ADN de doble cadena para la replicación, por lo que forma una estructura bifurcada. La primasa genera hebras cortas de ARN que se unen al ADN de cadena sencilla para iniciar la síntesis de ADN por la ADN polimerasa. Esta enzima puede trabajar sólo en la 5 ‘a 3′, de modo que se replica la principal línea continua. La línea atrasada tiene una replicación discontinua, con cortos fragmentos de Okazaki  que se estan formando y posteriormente son unidos entre sí.

Figura 2: Cada nucleótido tiene una afinidad por su socio: los pares A con T, y pares C con G

Un factor que contribuye a garantizar la precisa replicación es la estructura de doble hélice del ADN en sí. En particular, las dos hebras de la doble hélice de ADN se componen de combinaciones de moléculas llamadas nucleótidos. El ADN se construye a partir de tan sólo cuatro nucleótidos diferentes, cada uno de los cuales lleva el nombre de la base nitrogenada que contiene: adenina (A), timina (T), citosina (C), y guanina (G). Además, los nucleótidos que forman una cadena de la doble hélice del ADN siempre enlazann con los nucleótidos de la otra cadena de acuerdo a un patrón conocido como el apareamiento de bases complementarias- específicas, de forma que los pares A siempre van con los T, y los pares C siempre con G (Figura 2 ). Así, durante la división celular, las hebras apareadas se desenredan y cada hebra sirve como plantilla para la síntesis de una nueva cadena complementaria.

En la mayoría de los organismos multicelulares, cada célula lleva el mismo ADN, pero esta información genética se utiliza de diversas maneras por diferentes tipos de células. En otras palabras, lo que una célula “significa” dentro de un organismo es lo que los dictados de sus genes expresan. Las células nerviosas, por ejemplo, sintetizan una gran cantidad de sustancias químicas llamadas neurotransmisores, que se utilizan para enviar mensajes a otras células, mientras que las células musculares se cargan con filamentos a base de proteínas necesarias para las contracciones musculares.

¿Cuáles son los pasos iniciales para acceder a la información genética?

La transcripción es el primer paso en la descodificación de la información genética de una célula. Durante la transcripción, las enzimas llamadas ARN polimerasas construyen moléculas de ARN que son complementarias a una porción de una cadena de la doble hélice de ADN (Figura 3).

Figura 3. La ARN polimerasa (verde) sintetiza una hebra de RNA que es complementaria a la cadena molde de ADN por debajo de ella.

Figura 4: ADN (parte superior) incluye timina (rojo); en ARN (parte inferior), la timina se sustituye por uracilo (amarillo)

Las diferentes moléculas de ARN que provienen de moléculas de ADN tiene características definidas: son de una sola cadena en lugar de doble hebra; su componente de azúcar es una ribosa en lugar de desoxirribosa y tienen la base nitrogenada uracilo (U) en lugar de timina (T) (Figura 4) . También, debido a que son hebras individuales, las moléculas de ARN no forman hélices, sino que se pliegan en estructuras complejas que están estabilizadas por un apareamiento de bases complementarias internamente. Tres clases generales de moléculas de ARN están implicadas en la expresión de los genes codificados en el ADN de una célula.

El ARN mensajero (ARNm) lleva las secuencias codificantes para la síntesis de proteínas y se llaman transcripciones; el RNA ribosómico (rRNA), moléculas que forman el núcleo de los ribosomas de una célula ( las estructuras en las que la síntesis de proteínas se lleva a cabo), y el ARN de transferencia (ARNt) moléculas que llevan aminoácidos a los ribosomas durante la síntesis de proteínas. En las células eucariotas, cada clase de ARN tiene su propia polimerasa, mientras que en las células procarióticas, un único ARN polimerasa sintetiza la clase diferente de ARN. Existen otros tipos de ARN que no entendemos todavía muy bien aunque parecen jugar un papel regulador en la expresión de genes y también estar involucrados en la protección contra los virus invasores.

El ARNm es la clase más variable de ARN, y hay literalmente miles de moléculas de ARNm diferentes presentes en una célula en un momento dado. Algunas moléculas de ARNm son muy abundantes, en número de cientos o miles, como suele suceder con las transcripciones de codificación de proteínas estructurales. Otros mRNAs son muy raros, tal vez con un solo ejemplar presente, como suele ser el caso de las transcripciones que codifican las proteínas de señalización. Los mRNAs también varían a lo largo de su larga vida. En eucariotas, en las transcripciones de las proteínas estructurales pueden permanecer intactos durante más de diez horas, mientras que las transcripciones de las proteínas de señalización puede ser degradados en menos de diez minutos.

Las células se pueden caracterizar por el espectro de moléculas de ARNm presentes en ellas; este espectro se llama el transcriptoma. Considerando que cada célula en un organismo multicelular lleva el mismo ADN o genoma, su transcriptoma varía ampliamente según el tipo y función celular. Por ejemplo, las células productoras de insulina del páncreas contienen transcripciones de insulina, pero las células de hueso no. A pesar de que las células óseas llevar el gen de la insulina, este gen no se transcribe. Por lo tanto, la definición de transcriptoma puede ser una especie de catálogo de todos los genes que se expresan en una célula en un punto particular en el tiempo.

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ARN, Ácido ribonucleico – Wiki

El ácido ribonucleico (ARN o RNA) es un ácido nucléico formado por una cadena de ribonucleótidos. Está presente tanto en las células procariotas como en las eucariotas, y es el único material genético de ciertos virus (virus ARN). El ARN celular es lineal y de hebra sencilla, pero en el genoma de algunos virus es de doble hebra.

En los organismos celulares desempeña diversas funciones. Es la molécula que dirige las etapas intermedias de la síntesis proteica; el ADN no puede actuar solo, y se vale del ARN para transferir esta información vital durante la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que necesita la célula para sus actividades y su desarrollo). Varios tipos de ARN regulan la expresión génica, mientras que otros tienen actividad catalítica. El ARN es, pues, mucho más versátil que el ADN.

Tipos de ARN

El ARN mensajero (ARNm) es el tipo de ARN que lleva la información del ADN a los ribosomas, el lugar de la síntesis de proteínas. La secuencia de nucleótidos del ARNm determina la secuencia de aminoácidos de la proteína.21 Por ello, el ARNm es denominado ARN codificante.

No obstante, muchos ARN no codifican proteínas, y reciben el nombre de ARN no codificantes; se originan a partir de genes propios (genes ARN), o son los intrones rechazados durante el proceso de splicing. Son ARN no codificantes el ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosómico(ARNr), que son elementos fundamentales en el proceso de traducción, y diversos tipos de ARN reguladores.22

Ciertos ARN no codificantes, denominados ribozimas, son capaces de catalizar reacciones químicas como cortar y unir otras moléculas de ARN,23 o formar enlaces peptídicos entre aminoácidos en el ribosoma durante la síntesis de proteínas.24

ARN implicados en la síntesis de proteínas

Ribosoma 50S mostrando el ARNr (amarillo), las proteínas (azul) y elcentro activo, la adenina 2486 (rojo).

  • ARN mensajero,. El ARN mensajero (ARNm o RNAm) lleva la información sobre la secuencia de aminoácidos de la proteína desde el ADN, lugar en que está inscrita, hasta el ribosoma, lugar en que se sintetizan las proteínas de la célula. Es, por tanto, una molécula intermediaria entre el ADN y la proteína y el apelativo de “mensajero” es del todo descriptivo. En eucariotas, el ARNm se sintetiza en el nucleoplasma del núcleo celular y de allí accede al citosol, donde se hallan los ribosomas, a través de los poros de la envoltura nuclear.
  • ARN de transferencia. Los ARN de transferencia (ARNt o tRNA) son cortos polímeros de unos 80 nucleótidos que transfiere un aminoácido específico al polipéptido en crecimiento; se unen a lugares específicos del ribosoma durante la traducción. Tienen un sitio específico para la fijación del aminoácido (extremo 3′) y un anticodón formado por un triplete de nucleótidos que se une al codón complementario del ARNm mediante puentes de hidrógeno.22
  • ARN ribosómico. El ARN ribosómico (ARNr o RNAr) se halla combinado con proteínas para formar los ribosomas, donde representa unas 2/3 partes de los mismos. En procariotas, la subunidad mayor del ribosoma contiene dos moléculas de ARNr y la subunidad menor, una. En los eucariotas, la subunidad mayor contiene tres moléculas de ARNr y la menor, una. En ambos casos, sobre el armazón constituido por los ARNr se asocian proteínas específicas. El ARNr es muy abundante y representa el 80% del ARN hallado en el citoplasma de las células eucariotas.25 Los ARN ribosómicos son el componente catalítico de los ribosomas; se encargan de crear los enlaces peptídicos entre los aminoácidos del polipéptido en formación durante la síntesis de proteínas; actúan, pues, como ribozimas.

ARN reguladores

Muchos tipos de ARN regulan la expresión génica gracias a que son complementarios de regiones específicas del ARNm o de genes del ADN. .

  • ARN de interferencia. Los ARN interferentes (ARNi o iRNA) son moléculas de ARN que suprimen la expresión de genes específicos mediante mecanismos conocidos globalmente como ribointerferencia o interferencia por ARN. Los ARN interferentes son moléculas pequeñas (de 20 a 25 nucléotidos) que se generan por fragmentación de precursores más largos. Se pueden clasificar en tres grandes grupos:26
    • Micro ARN. Los micro ARN (miARN o RNAmi) son cadenas cortas de 21 ó 22 nucleótidos hallados en células eucariotas que se generan a partir de precursores específicos codificados en el genoma. Al transcribirse, se pliegan en horquillas intramoleculares y luego se unen a enzimas formando un complejo efector que puede bloquear la traducción del ARNm o acelerar su degradación comenzando por la eliminación enzimática de la cola poli A.27 28
    • ARN interferente pequeño. Los ARN interferentes pequeño (ARNip o siARN), formados por 20-25 nucleótidos, se producen con frecuencia por rotura de ARN virales, pero pueden ser también de origen endógeno.29 30 Tras la transcripción se ensambla en un complejo proteico denominado RISC (RNA-induced silencing complex) que identifica el ARNm complementario que es cortado en dos mitades que son degradadas por la maquinaria celular, bloquean así la expresión del gen.31 32 33
    • ARN asociados a Piwi.34 Los ARN asociados a Piwi son cadenas de 29-30 nucleótidos, propias de animales; se generan a partir de precursores largos monocatenarios, en un proceso que es independiente de Drosha y Dicer. Estos ARN pequeños se asocian con una subfamilia de las proteínas “Argonauta” denominada proteínas Piwi. Son activos las células de la línea germinal; se cree que son un sistema defensivo contra los transposones y que juegan algún papel en la gametogénesis.35 36
  • ARN antisentido. Un ARN antisentido es la hebra complementaria (no codificadora) de un hebra ARNm (codificadora). La mayoría inhiben genes, pero unos pocos activan la transcripción.37 El ARN antisentido se aparea con su ARNm complementario formando una molécula de doble hebra que no puede traducirse y es degradada enzimáticamente.38 La introducción de un transgen codificante para un ARNm antisentido es una técnica usada para bloquear la expresión de un gen de interés. Un mARN antisentido marcado radioactivamente puede usarse para mostrar el nivel de transcripción de genes en varios tipos de células. Algunos tipos estructurales antisentidos son experimentales, ya que se usan como terapia antisentido.
  • Riboswitch. Un riboswitch es una parte del ARNm (ácido ribonucleico mensajero) al cual pueden unirse pequeñas moléculas que afectan la actividad del gen.41 42 43 Por tanto, un ARNm que contenga un riboswitch está directamente implicado en la regulación de su propia actividad que depende de la presencia o ausencia de la molécula señalizadora. Tales riboswitchs se hallan en la región no traducida 5′ (5′-UTR), situada antes del codón de inicio (AUG), y/o en la región no traducida 3′ (3′-UTR), también llamada secuancia de arrastre,14 situada entre el codón de terminación (UAG, UAA o UGA) y la cola poli A.43

Ácido ribonucleico – Wikipedia, la enciclopedia libre.

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Estructura química del ARN | RNA Tie Club

Con el descubrimiento de la estructura molecular del ADN de doble hélice en 1953, los investigadores se volvieron hacia la estructura de ácido ribonucleico (RNA) como el siguiente puzzle crítico a resolver en el camino a la comprensión de la base molecular de la vida. En efecto, el ARN puede ser la única molécula que inspiró la formación de un club, conocido como el RNA Tie Club, cuyos miembros incluyen Premios Nobel James Watson y Francis Crick, los descubridores de la estructura del ADN, así como Sydney Brenner, quien fue galardonado el Premio Nobel en 2002 por su trabajo relacionado con la regulación de los genes en el organismo modelo Caenorhabditis elegans. Los miembros de este club, cada uno apodado para un determinado aminoácido, intercambiaron cartas en las que se presentaron varias ideas inéditas en un intento de comprender la estructura del ARN y cómo esta molécula participa en la construcción de las proteínas. Durante los siguientes 50 años, muchas preguntas fueron contestadas, y muchas sorpresas fueron descubiertas a lo largo del camino.

Primeros descubrimientos de la estructura del ARN

Hoy en día, los investigadores saben que las células contienen una variedad de formas de ARN que incluyen ARN mensajero (ARNm), ARN de transferencia (ARNt), y RNA ribosomal (rRNA) y cada forma está implicada en funciones y actividades diferentes. El ARNm es esencialmente una copia de una sección de ADN y sirve como molde para la fabricación de una o más proteínas. El ARNt se une tanto al ARNm como a los aminoácidos (los bloques de construcción de proteínas) y aporta los aminoácidos correctos en el crecimiento polipéptido de cadena durante la formación de la proteína, basado en la secuencia de nucleótidos de RNAm. El proceso por el cual las proteínas se construyen se denomina traducción. La traducción ocurre enlos ribosomas, que son orgánulos celulares compuestos de proteínas y RNAr.

Aunque hay varios tipos de moléculas de ARN , la estructura básica de todos los ARN es similar. Cada tipo de ARN es un polímero hecho de moléculas de ribonucleótidos individuales encadenados, siempre mediante la adición del grupo 5′-fosfato de un nucleótido en el grupo 3′-hidroxilo del anterior nucleótido. Al igual que el ADN, cada hebra de RNA tene la misma estructura básica, compuesto de bases nitrogenadas unidas covalentemente a un azúcar-fosfato como columna vertebral (Figura 1).

Figura 1: ADN consta de dos cadenas de polinucleótidos que son antiparalelas y complementarias, y el ARN consiste en una cadena de un solo nucleótido.

Sin embargo, a diferencia de ADN, el ARN es normalmente de una sola hebra. Además, el azúcar en el ARN es la ribosa en lugar de la desoxirribosa del ADN (ribosa contiene un grupo hidroxilo más en el segundo carbono), que da nombre al ácido. El ARN químicamente tiene cuatro bases nitrogenadas: adenina, citosina, uracilo y guanina. El Uracilo es un tipo de base pirimidínica que es estructuralmente similar a la timina, la pirimidina que se encuentra en el ADN. Como la timina, el uracilo se une sólo a la adenina (Figura 2).

Figure 2 : RNA has a primary and secondary structure.

Aunque el ARN es una molécula de cadena sencilla, los investigadores pronto descubrieron que se pueden formar estructuras de doble cadena, que son importantes para su función. En 1956, Alexander Rich -un cristalógrafo y miembro de la ARN Tie Club- y David Davies, trabajando en los Institutos Nacionales de la Salud, descubrieron que cadenas simples de ARN se pueden “hibridar”, se pegarían entre sí para formar un doble molécula (Rich & Davies, 1956). Más tarde, en 1960, el descubrimiento de que una molécula de RNA y una de DNA podrían formar un híbrido de doble hélice fue la primera demostración experimental de la manera en que la información puede ser transferida de ADN a ARN (Rich, 1960).

De cadenas sencillas de ARN también se pueden formar muchas estructuras secundarias en las que un único ARN molécular se dobla con formas como bucles u horquillas , estabilizadas por enlaces de hidrógeno intramoleculares entre bases complementarias. Tal apareamiento de bases de ARN es crítico para muchas funciones del ARN, tales como la capacidad del RNAt de unirse a la secuencia correcta de RNAm durante la traducción (Figura 3).

Figura 3: Maduración y arquitectura de tRNA.
La organización global de la estructura del tRNA es altamente conservadas en todas las formas de vida. Las características prominentes de la estructura del tRNA, como se muestra en la figura, se incluyen: un tallo aceptor con el trinucleótido CCA en el extremo 3 ‘(el sitio de aminoacilación y peptidation trans-reacciones en el ciclo de la biosíntesis de proteínas); un bucle D (llamado después de una modificación tándem dihidrouridina, etiquetada “D” en la figura, que se encuentra comúnmente en este bucle), un bucle anticodón que incluye el anticodón, que es un triplete de nucleótidos responsables del reconocimiento de un triplete de codificación en el ARNm, y el bucle T , llamado así por el triplete altamente conservada. Los círculos negros representan los nucleótidos que no suelen ser modificados; círculos abiertos representan los nucleótidos modificados que no sean comúnmente D, T y psi.

De hecho, Robert Holley, químico de la Universidad de Cornell, fue el primer investigador que trabajó sobre la estructura del tRNA (Holley et al. , 1965). Esta molécula resultó ser difícil de entender con la estructura que Francis Crick propuso en su llamada “hipótesis del adaptador” de 1955, una estructura que lleva los aminoácidos y los dispuso en un cierto orden que correspondía a la misma secuencia de la hebra del ácido nucleico.  En 1968, Holley fue galardonado con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina junto con Gobind Khorana, de la Universidad de Wisconsin, y Nirenberg Marshall, de los Institutos Nacionales de Salud. Nirenberg y Khorana idearon los experimentos claves para descifrar el código genético, en otras palabras, que las secuencias de tres nucleótidos (codones) en una molécula de RNAm codificaría los correspondientes aminoácidos en la proteína.

ARNm y su lectura

Varias formas de ARN desempeñan papeles fundamentales en el proceso de expresión génica responsable de la concreción de las instrucciones almacenadas en la secuencia de ADN de nucleótidos en cualquiera de los dos ARN o proteína que llevan a cabo actividades en la célula (Figuras 4 y 5).  El ARN mensajero (mRNA ) es particularmente importante en este proceso. El RNAm está principalmente compuesto de secuencias de codificación, es decir, que lleva la información genética para la secuencia de aminoácidos de una proteína para el ribosoma, donde se sintetiza la proteína particularmente. La estructura química del ARN | aprender ciencias en Scitable.

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