El ARN, que alguna vez se pensó que era un mero intermediario entre el ADN y la proteína, ahora se reconoce como la etapa en la que una gran cantidad de procesos reguladores pueden actuar para permitir flexibilidad en la expresión génica y, por lo tanto, en las funciones de las células y los tejidos.
en un nuevo informe en el diario Célula vegetal , los biólogos de la Universidad de Pensilvania utilizaron material de humanos y plantas para examinar las modificaciones químicas del ARN mensajero, o ARNm, descubriendo que las modificaciones parecen desempeñar un papel importante en el proceso por el cual los ARNm sobreviven y se traducen en proteínas o sondirigido a la degradación.
Sus análisis también revelaron que los ARNm que codifican proteínas involucradas en las respuestas al estrés eran más propensos que otras moléculas de ARNm a modificarse, una pista de que las modificaciones pueden proporcionar un mecanismo por el cual los organismos pueden responder dinámicamente, a nivel postranscripcional,cuando se enfrentan a cambios en su entorno.
La investigación fue dirigida por Brian D. Gregory, profesor asistente en el Departamento de Biología de Penn en la Escuela de Artes y Ciencias, y Lee E. Vandivier, un estudiante graduado en el laboratorio de Gregory. Los coautores incluyen Rafael Campos e Ian M. Silvermandel laboratorio Gregory, y Pavel P. Kuksa y Li-San Wang de la Facultad de medicina Perelman de Penn.
La instantánea de todas las secuencias de ARN presentes en un organismo a la vez se conoce como el transcriptoma; en este estudio, los investigadores querían examinar el epitranscriptoma o las modificaciones a las secuencias de las moléculas de ARN que pueden afectar la expresión génica.
Gregory ha sido pionero en nuevas técnicas para investigar cómo se regula el ARN, incluido un método que identifica los sitios de interacción con las proteínas de unión al ARN, llamado PIP-seq. En este estudio, él, Vandivier y sus colegas utilizaron otra técnica en la que Gregory y Wang juntosideado, llamado HAMR, para la anotación de alto rendimiento de ribonucleótidos modificados. El enfoque permite la identificación de nucleótidos en moléculas de ARN que se han modificado después de ser transcritas desde el ADN.
"Con estos cambios está aumentando las propiedades químicas potenciales que puede tener una molécula de ARN", dijo Gregory. "En lugar de tener solo A, C, U y G, tiene casi todas las variaciones que se le ocurran".
Un trabajo anterior ha encontrado más de 100 de estos tipos de modificaciones covalentes, principalmente en moléculas de ARN que no codifican proteínas, como el ARN de transferencia y el ARN ribosómico.
Sin embargo, en este estudio, los investigadores querían analizar las modificaciones en el ARN mensajero, las moléculas transitorias responsables de traducir una secuencia particular de nucleótidos en secuencias de aminoácidos específicas para construir proteínas.
Utilizando la técnica HAMR, el equipo investigó el epitranscriptoma de dos líneas de células humanas, así como de los botones florales inmaduros de Arabidopsis thaliana , el organismo modelo de planta por excelencia. Buscaron específicamente modificaciones que cambien el borde de emparejamiento de bases de Watson-Crick, o el borde responsable de la capacidad del ARNm para emparejar bases.
Realizaron el análisis HAMR en tres bibliotecas diferentes de ARN recopiladas de investigaciones anteriores: una compuesta de ARN pequeño, otra de ARN poliadenilado, que se considera estable, y otra de ARN que estaba en proceso de degradación.
De los tres conjuntos, encontraron que la biblioteca de ARNm degradante tenía una preponderancia de modificaciones en comparación con los otros dos, lo que sugiere que las modificaciones causaron o fueron una consecuencia de estar marcadas para degradación.
"La gente probablemente no estaba pensando en estas modificaciones porque no estaba pensando en degradar las moléculas de ARN", dijo Gregory. "Pero deberíamos estarlo, porque degradar una molécula de ARN es la forma en que la regulas. Cuando quieres dejar de produciruna proteína, degradas el ARNm "
En las moléculas de ARN estables, los investigadores descubrieron que este tipo de modificaciones tienden a encontrarse en regiones de empalme alternativo, una ocurrencia donde un solo gen puede ser cortado y pegado en varias permutaciones para codificar una variedad de diferentes variantes de proteínas.
"Vemos muchas modificaciones que se encuentran sobre esos elementos dentro del intrón que son necesarias para empalmar", dijo Vandivier. "Teóricamente, estas modificaciones podrían estar arruinando la maquinaria de empalme. Eso es algo que nos gustaría explorar más a fondo, ya que el empalme alternativo puede desempeñar un papel en muchas enfermedades humanas "
Como prueba final, el equipo realizó un análisis para ver qué tipos de ARNm se enriquecieron particularmente para las modificaciones al tomar el subconjunto de ARNm que se encontró modificado a través de sus análisis de HAMR y compararlos con el grupo total de ARNm expresadotranscripciones
"Vimos mucho enriquecimiento en este subconjunto de genes que están involucrados en la respuesta al estrés, así como en el control del ciclo celular y la apoptosis", dijo Vandivier, una sugerencia de que las modificaciones, tanto en humanos como en plantas, están vinculadas a genes quedebe estar estrictamente regulado y ser marcado para degradación cuando sea apropiado.
Los investigadores notaron que sus hallazgos, aunque iluminan, representan la punta del iceberg cuando se trata del poder potencial de estudiar la regulación de ARN utilizando técnicas computacionales y de alto rendimiento.
"Una biblioteca simple de ARN puede contener muchas capas ocultas", dijo Vandivier. "Con estos nuevos enfoques de alta tecnología tenemos formas de extraer los datos que ya tenemos para obtener más información".
"Este estudio es un gran ejemplo de la importancia del análisis asistido por computadora en las ciencias biológicas", dijo Gregory. "La tecnología realmente está impulsando hacia dónde podemos ir con la ciencia en estos días".
En estudios en curso, el equipo de Penn está tratando de determinar cómo se realizan estas modificaciones, si son la causa o la consecuencia de que las moléculas de ARNm sean objeto de degradación e investigar más a fondo sus consecuencias funcionales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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