En la mayoría de los organismos, pequeños fragmentos de ARN juegan un papel clave en la regulación génica al silenciar la expresión génica. Lo hacen apuntando y acoplando secuencias complementarias de transcripciones génicas también moléculas de ARN, lo que impide que la maquinaria celular las useproducen proteínas. Este mecanismo se llama interferencia de ARN ARNi, y es de vital importancia en biología.
Sorprendentemente, el fenómeno de ARNi no se limita necesariamente a células individuales; también puede manifestarse en otros tejidos y órganos alejados de la célula de origen. Los investigadores han podido observarlo principalmente en plantas, pero también en animales "inferiores".como el gusano nematodo C. elegans .
Se descartan proteínas y ADN
Aún así, una pregunta clave no había sido respondida hasta ahora: ¿qué sustancia mensajera atraviesa células y tejidos? "Pudimos descartar proteínas hace 20 años, una vez que se descubrió que el ARNi puede viajar en las plantas", dice Olivier Voinnet, profesorde RNA Biology en ETH Zurich. RNAi requiere que el mensajero se acople a una secuencia complementaria de la transcripción del gen para ser silenciado. "Las proteínas solas no tienen esta capacidad. El ADN que abandona el núcleo celular también es poco probable", continúa Voinnet.El candidato más probable siempre ha sido una molécula de ARN ". Lo que no estaba claro hasta ahora es qué tipo y forma precisos de ARN: largo, corto, monocatenario o bicatenario, unido a proteínas o no.
Los fragmentos de doble hebra viajan a lo largo y ancho
Pero ahora, los investigadores de ETH están arrojando luz sobre este proceso en un nuevo estudio. Son los primeros en demostrar de manera inequívoca que estos mensajeros distantes en las plantas son moléculas cortas de ARN bicatenario. Consisten en pares o bicatenariosde solo 21 a 24 nucleótidos los componentes básicos del ARN llamados ARN interferentes pequeños, o ARNip para abreviar. El artículo del equipo se publicó recientemente en la revista Plantas naturales .
Los ARNip suelen surgir como poblaciones grandes y complejas de los genomas de virus que han infectado una célula. Pero los propios genes de una célula también pueden servir como modelo para estas moléculas. Como resultado, las células pueden usar ARNi para silenciar no solo los virus invasores sinotambién sus propios genes.
Debido a que el ARNi se mueve, las plantas tienen la asombrosa capacidad de modular la expresión génica a distancia. Esto podría ser particularmente importante para que adapten constantemente su nuevo crecimiento, lo que permite lo que se llama "plasticidad fenotípica".
Mover o no mover
En su nuevo estudio, los investigadores descartaron la posibilidad de que otros tipos de ácidos nucleicos o complejos compuestos de ARN y proteínas se muevan a través de las células vegetales. "Podemos demostrar definitivamente que los ARNip bicatenarios son necesarios y suficientes para inducir ARNi encélulas y tejidos de plantas ", dice Voinnet.
Los investigadores de ETH no solo identificaron a los escurridizos mensajeros de larga distancia, sino que también mostraron, en su estudio, cómo los ARNip se mueven y llevan a cabo su función. Descubrieron que, siempre que una molécula de ARNip exista como una cadena doble libre, es móvil porque no puede unirse a una transcripción de ARN coincidente. Para unirse, primero debe "cargarse" en una proteína efectora Argonaute AGO específica. Solo una vez que se une a la proteína AGO correcta, el ARNip puede silenciar la transcripción diana; el proceso finalmente destruye el fragmento en sí. La planta modelo utilizada para el estudio tiene diez proteínas AGO diferentes, varias de las cuales reconocen fragmentos de ARNip coincidentes con firmas específicas; estas firmas no son homogéneas entre las grandes cohortes de ARNsi móviles producidos a partir de virus opropios genes de la planta.
las proteínas AGO determinan los patrones de movimiento del ARNip
Diferentes proteínas AGO ocurren en distintas células y tejidos. Los investigadores de ETH encontraron que, como parte del proceso de carga, las proteínas AGO coincidentes "consumen" una fracción de ARNip en la célula de origen, pero la fracción no cargada puede salir de la célula..
Dependiendo de la presencia o ausencia de ciertas proteínas AGO dentro de las células atravesadas por los ARNip móviles, las moléculas, nuevamente, serán consumidas o no. Por ejemplo, si hay una plétora de proteínas AGO a mano, atraparán muchasde ARNip con varias firmas, esencialmente deteniendo el movimiento. Si una célula casi no contiene AGO, por otro lado, la mayoría de los ARNip se irán y viajarán distancias mayores. Y finalmente, si una célula contiene grandes cantidades de solo un AGO específico, entonces sololos ARNip con la firma coincidente se consumirán, mientras que los demás se moverán. En otras palabras, los ARNip se filtran y consumen de forma selectiva a medida que avanzan a través del tejido vegetal.
Hasta ahora, la comunidad de ARNi vegetal había pensado que el ARNi se mueve a lo largo de gradientes lineales. Sin embargo, esto no tiene en cuenta que las proteínas AGO usan selectivamente algunos ARNip, pero no otros, a medida que se mueven. El nuevo estudio señalaque este proceso de consumo es, de hecho, cualquier cosa menos lineal.
Innumerables patrones de movimiento
"La cantidad y diversidad de proteínas AGO en las células atravesadas acopladas a las firmas intrínsecas del siRNA funcionan juntas como una especie de tamiz molecular, cuya forma puede diferir de un tipo de célula a otro a lo largo de la ruta del siRNA. Dependiendo del espacioconfiguración de este tamiz, se puede producir una amplia variedad de patrones de movimiento de ARNip ", explica Voinnet. Y agrega:" Aún más interesante, algunos AGO pueden ser inducidos por estrés o señales de desarrollo de modo que la forma espacial del tamiz puede cambiar y evolucionaren cualquier momento dado."
Los innumerables patrones de movimiento otorgan al sistema de ARNi móvil una flexibilidad y versatilidad casi ilimitadas para dar forma a la expresión génica a través de distancias. Ahora que han entendido el proceso, el equipo de investigadores está tratando de diseñar tamices artificiales en plantas como una forma de controlar,con alta precisión, cuándo y dónde pueden moverse ARNip específicos, un método que podría tener aplicaciones en la agricultura.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Original escrito por Peter Rüegg. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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