¿Qué sucede en una célula cuando la información genética se traduce en proteínas? Para estudiar este proceso, los investigadores observan más de cerca una biomolécula particular dentro de la célula: el ácido ribonucleico mensajero, ARNm para abreviar. Esta biomolécula juega un papel importante entodos los procesos celulares, y también es el foco de la investigación conjunta que llevan a cabo dos grupos de investigación en el Cúmulo de Excelencia Cells-in-Motion en la Universidad de Münster. Uno de los grupos está formado por bioquímicos y está dirigido por el Prof. Andrea Rentmeister; el otro está formado por biólogos moleculares y está dirigido por el Dr. Sebastian Leidel. En su colaboración interdisciplinaria, los investigadores lograron por primera vez etiquetar quimioenzimáticamente un cambio importante en el ARN mensajero: la llamada modificación m6A- y posteriormente detectarlo precisamente por medio de métodos biológicos moleculares modernos ". Este nuevo enfoque nos permite localizar modificaciones en el ARNm con un mayor grado de precisiónque nunca antes ", dice Andrea Rentmeister, profesora del Cluster of Excellence que dirigió el estudio.Saber dónde y en qué medida ocurren las modificaciones m6A puede ayudar a los investigadores a examinar más de cerca el papel que juega esta modificación en los procesos fisiológicos y patológicos.El estudio ha sido publicado en el Angewandte Chemie Edición internacional revista.
La historia detallada :
La información genética del ADN se transcribe en el ARN mensajero en un proceso conocido como transcripción. Después de la transcripción, el ARNm transporta la información genética del núcleo celular al citoplasma. Allí sirve como guía para la producción de proteínas. Proteínas,por su parte, son los caballos de batalla en una celda y realizan todas las tareas celulares.
Al igual que el ADN bicatenario, el ARN monocatenario consiste en una cadena de los llamados nucleótidos. En el ARN, sin embargo, también hay muchos cambios químicos en estos nucleótidos, conocidos como modificaciones de ARN. Estas modificaciones ocurren después de la información genéticase ha leído. En el proceso, se unen arreglos atómicos simples los grupos metilo a los nucleótidos. "Una modificación que actualmente se debate es la N6-metiladenosina, conocida como m6A para abreviar", dice Andrea Rentmeister.Esta es una razón especial por la cual esta modificación es muy interesante, y es porque parece ser responsable de una serie de procesos biológicos, por ejemplo, el reloj circadiano. También parece jugar un papel en los procesos patológicos, por ejemplo, en algunas formas decáncer o en infecciones virales.
Bioquímicos etiquetados modificaciones de ARN quimioenzimáticamente
Para obtener una mejor comprensión de m6A, los investigadores quieren encontrar la respuesta a la pregunta: ¿Dónde se encuentra exactamente la modificación en el ARNm? Para averiguarlo, deben etiquetarla. Para este propósito, los biólogos a menudousan anticuerpos que se unen a la molécula que se está investigando. Este método tiene sus limitaciones, sin embargo, los anticuerpos pueden unirse no solo a las modificaciones del ARNm, sino también a los nucleótidos vecinos. Esto dificulta la localización precisa de las modificaciones ".ahora quería llevar a cabo el etiquetado con un enfoque químico ", explica Andrea Rentmeister. Entonces, por primera vez, ella y su equipo usaron grupos propargilo, un residuo de hidrocarburo un poco más largo.
Los investigadores acoplaron los grupos de propargilo al cosustrato de la enzima y combinaron los tres componentes con moléculas de ARNm en el tubo de ensayo. En su estructura química, el propargilo es similar a una molécula natural unida por una metiltransferasa. Las metiltransferasas por su parte sonenzimas que son responsables de la modificación del ARNm. Por lo tanto, las metiltransferasas pudieron transferir el grupo propargilo al ARN. Mediante la llamada química de clic, los científicos pudieron aislar y purificar el ARN con grupos propargilo.
Los biólogos moleculares detectaron modificaciones de ARN usando la secuenciación de próxima generación
Para detectar las modificaciones específicamente etiquetadas, los investigadores utilizaron una enzima especial para transcribir el ARNm de vuelta al ADN. La cadena de ADN resultante es una copia del ARN anterior y puede investigarse utilizando métodos de biología molecular. Un equipo de biólogos moleculares enEl grupo de excelencia Cells-in-Motion y en el Instituto Max Planck de Biomedicina Molecular en Münster, dirigido por Sebastian Leidel, secuenciaron esta cadena de ADN recién sintetizada, en otras palabras, leyeron las secuencias de nucleótidos. Al hacerlo, los investigadores utilizaron un métodoconocido como secuenciación de próxima generación, que les permitió determinar las secuencias de nucleótidos de manera extremadamente eficiente. "Este método nos permite analizar miles de secuencias en paralelo", explica Sebastian Leidel.
Debido a que los investigadores habían etiquetado las modificaciones con los grupos propargilo, las enzimas necesarias para la reescritura del ARN fueron detenidas. Como resultado, no pudieron volver a transcribir el ARN en el ADN ". Las enzimas cesaron cualquier actividad en los sitios etiquetados yhan generado algún tipo de señal de alto ", dice Katja Hartstock, química y autora principal de la historia. Los investigadores pudieron determinar estas señales de alto durante la secuenciación, lo que significaba que podían detectar los sitios en los que ocurría la modificación del ARNm.
Después de los experimentos iniciales en el tubo de ensayo, los investigadores aplicaron su nuevo método en un cultivo de células epiteliales humanas: células HeLa. Los investigadores alimentaron las células con un llamado precursor de aminoácidos llamado propargilo, que las células "comió "y posteriormente comenzó el etiquetado. Como ya se estableció en el tubo de ensayo, los grupos propargilo se unieron al ARN con la ayuda de metiltransferasas y permitieron la detección de los sitios de modificación de ARNm por secuenciación de la próxima generación.
El siguiente paso que los investigadores quieren dar es aplicar su método a los organismos vivos para estudiar la importancia de la modificación dentro de su desarrollo. El pez cebra es muy adecuado para este propósito ya que se desarrolla muy rápido y las modificaciones se transcriben más rápido- y también se eliminan nuevamente más rápido.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Münster . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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