Aunque existen diferencias sorprendentes entre las células que forman los ojos, los riñones, el cerebro y los dedos de los pies, el modelo de ADN para estas células es esencialmente el mismo. ¿De dónde vienen estas diferencias?
Los científicos se dan cuenta de que las propiedades definitorias que componen cada célula en realidad se encuentran en un primo del ADN llamado ARN.
Durante mucho tiempo se ha considerado al ARN como el aburrido primo bioquímico del ADN. Los investigadores pensaron que simplemente toma la información genética almacenada en el ADN y la entrega a otras partes de la célula, donde luego se utiliza para producir proteínas que llevan a cabo las funciones de la célula.
Pero sólo alrededor del 2% del ADN codifica proteínas. El resto (las secuencias de ADN que no codifican proteínas) es lo que los científicos consideran la materia oscura del genoma, y existe un gran interés en descubrir qué hace. Ahí radica gran parte del misterio y la magia del ARN.
En esta materia oscura, el ADN no codificante se transcribe en ARN no codificante. Estos incluyen ARN pequeños y largos que nunca se traducen en proteínas y tienen el potencial de regular el genoma y generar diversidad celular activando o desactivando diferentes genes. Cuando estos múltiples ARN fallan, pueden provocar una amplia gama de enfermedades en los humanos.
Los científicos de ARN como los de nuestro equipo ahora están trabajando para secuenciar cada ARN humano como parte del Proyecto Rnomo Humano (el equivalente en ARN del Proyecto Genoma Humano) para ayudar a la salud humana y mejorar los tratamientos de enfermedades.
Un dogma central de la biología afirma que la información genética fluye del ADN al ARN y a las proteínas. Las modificaciones del ARN del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano gobiernan el destino celular
El ADN describe cómo los genes pueden convertirse en proteínas, mientras que el ARN indica cuándo y dónde se producen estas proteínas. En otras palabras, el ADN es el almacén de información, mientras que el ARN es el acceso y la regulación de la información.
El ARN tiene muchas variantes que difieren en tamaño y estructura, y formas más pequeñas participan en la regulación y el desarrollo celular. Gran parte del ARN que se transcribe a partir del ADN se procesa y modifica después de su elaboración.
Las modificaciones del ARN son estructuras químicas agregadas al ARN que regulan la transferencia de información. Estas modificaciones del ARN son distintas de las modificaciones del ADN conocidas como marcas epigenéticas. Si bien las modificaciones del ADN se pueden heredar, las modificaciones del ARN ocurren en respuesta al estado actual de la célula. Las modificaciones del ARN son más dinámicas y tienen efectos más dramáticos sobre la estructura y función celular, incluida la forma en que se producen las proteínas en diferentes condiciones celulares.
En condiciones normales, por ejemplo, algunos patrones de modificación del ARN desencadenan la eliminación de ARN que codifican o ayudan a decodificar proteínas de respuesta al estrés. Cuando una célula entra en un estado de estrés, este patrón de modificación se reprograma para que estas proteínas puedan acumularse y ayudar a la célula a recuperarse.
Este diagrama muestra varias modificaciones posibles de un tipo de ARN llamado ARNt, centro. Mitchener et al., CC BI-NC-ND
Además, la diversidad química de las modificaciones del ARN es mayor que la de las modificaciones del ADN. Además de las variaciones en los componentes básicos que componen el ARN, existen más de 50 variantes químicas conocidas como epitranscriptoma humano en una célula. En comparación, las marcas epigenéticas se encuentran en unos pocos.
Una colaboración entre nuestro laboratorio y otros ha identificado un mayor nivel de modificación de tipos específicos de ARN, llamado ARN de transferencia, que entrega los componentes básicos de las proteínas a las partes de la célula que las ensamblan. Estas modificaciones del ARNt pueden ser un factor clave en la resistencia al cáncer y a la quimioterapia, y también están asociadas con enfermedades neurológicas y del desarrollo.
RNombres para entender la salud y la enfermedad
En comparación con el ADN, el ARN es más inestable y estructuralmente diverso, y hay menos herramientas disponibles para estudiarlo y secuenciarlo. Aunque se han dedicado muchos recursos y esfuerzos a la secuenciación del ADN a través del Proyecto Genoma Humano, la secuenciación del ARN y sus numerosas modificaciones sigue siendo una tarea desafiante.
Pero con los avances tecnológicos, los investigadores ahora pueden estudiar las modificaciones del ARN y reconocer su potencial para tratar o prevenir enfermedades. Los últimos 20 años de investigación dedicada a las modificaciones del ARN han conducido a lo que los científicos han llamado un renacimiento del ARN, catapultando al ARN hasta convertirse en una de las macromoléculas más atractivas para estudiar y utilizar como vacunas y medicamentos.
Comprender y aprovechar el poder de la materia oscura del ARN requiere un proyecto al nivel del Proyecto Genoma Humano. Laboratorios de todo el mundo están utilizando nuevas tecnologías y enfoques para secuenciar todos los ARN, llamados ARNes. Catalogar y definir el ARN y sus modificaciones en células sanas y enfermas requerirá mayores avances en la tecnología de secuenciación para que pueda detectar más de una modificación a la vez.
Creemos que los mapas de Rnome estimularán nuevas tecnologías, nuevos descubrimientos y proporcionarán un camino hacia nuevos tratamientos, mejorando la salud humana a gran escala.
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