Una nueva investigación realizada por científicos de la Universidad de Chicago demuestra que la enzima ALKBH1 de mamíferos puede eliminar las modificaciones moleculares del ARN de transferencia, causando un efecto medible en la traducción de proteínas en la célula. El estudio, publicado el 13 de octubre en Celda , arroja nueva luz sobre cómo las células controlan la expresión génica y sugiere la posibilidad de que la transferencia de ARN tRNA influya en los procesos celulares más allá de la traducción de proteínas.
El trabajo innovador anterior de Chuan He, PhD, profesor de química, bioquímica y biología molecular e investigador del Instituto Médico Howard Hughes de la Universidad de Chicago, demostró que existe metilación reversible para el ARN mensajero para controlar la expresión génica. La última investigación,una colaboración entre He y Tao Pan, PhD, profesor de bioquímica y biología molecular en la Universidad de Chicago, junto con un grupo de Noruega, demuestra que los ARNt están sujetos a una regulación similar a través de la metilación reversible.
"La capacidad de revertir algo, eliminar algo, confiere la posibilidad de dinámica", dijo Pan. "Diría que el ribosoma es el hardware de la computadora, el ARN mensajero es la entrada de información para instruir sobre cómo hacer algo,y el tRNA es el software sobre cómo traducir eso en algo, por lo que ahora sabemos que el software en sí puede modificarse, modificarse o cambiarse dinámicamente ".
Trillones de células forman el cuerpo humano, todas desempeñan funciones esenciales y diversas que facilitan el esfuerzo complejo de la vida diaria. Pero, ¿cómo "saben" las células qué papel tienen en el cuerpo? Por ejemplo, cómo es una célula hepáticadiferente de un glóbulo blanco? ¿Cómo es que las células pueden cambiar su comportamiento en función de las señales de sus vecinos, o incluso las células en partes completamente diferentes del cuerpo? ¿Cómo se forma un cuerpo humano completo a partir de una sola célula en el desarrollo temprano?Las preguntas fundamentales han fascinado a los científicos durante décadas, y una gran parte de las respuestas a ellas tiene que ver con los procesos que determinan qué regiones del ADN de una célula se utilizan para producir proteínas particulares en un momento particular. Las proteínas realizan prácticamente todas las tareas dentro de las células,y, en consecuencia, la composición del conjunto de proteínas presentes en un momento determinado generalmente determina el comportamiento celular.
Cuando una célula necesita una determinada proteína, se genera una copia del ADN que codifica esa proteína llamada ARN mensajero, y un ribosoma la utiliza como plantilla, la maquinaria de síntesis de proteínas de la célula. Las proteínas son esencialmente cadenas de un conjunto deUna familia de moléculas conocidas como aminoácidos, cuyos patrones determinan la función de la proteína. El ARN mensajero proporciona un código que dicta el orden y el tipo de aminoácidos que se utilizarán para hacer una proteína en particular en un proceso conocido como traducción.la conversión del "lenguaje" del ARN al de las proteínas. Otro jugador clave en la traducción es un grupo de moléculas llamadas ARN de transferencia, o ARNt. Cada uno de los veintiún aminoácidos utilizados por el cuerpo humano tiene un compañero de unión de ARNt quelo lleva al ribosoma donde puede incorporarse en el punto apropiado en una proteína en crecimiento.
Los científicos han descubierto muchos puntos de regulación en el proceso de usar una plantilla de ADN específica para producir una proteína, conocida como expresión génica, que permite a la célula controlar la cantidad de cierta proteína que se produce en un momento determinado. Se establecióque la adición o eliminación de varios grupos químicos pequeños hacia o desde el ADN podría afectar la expresión génica.
Una función reguladora para tRNA
Si bien se sabe desde hace algún tiempo que los tRNA están muy decorados con pequeños grupos químicos como los metilos átomos de carbono unidos a tres hidrógenos, el descubrimiento sin precedentes de que se puede eliminar una de estas modificaciones sugiere que el tRNA tiene un papel reguladoren el proceso de traducción de proteínas a través de cambios químicos en sí mismo. Dirigido por el asociado posdoctoral Fange Liu, PhD, el nuevo trabajo mostró que la enzima de mamífero ALKBH1 puede eliminar un pequeño grupo molecular agregado al ARNt, y que la presencia o ausencia de esta modificacióntiene un efecto medible en la traducción de proteínas.
ALKBH1 puede eliminar un grupo metilo específico presente en muchos tRNA, sin los cuales los tRNA son degradados por la célula o se vuelven menos activos en la síntesis de proteínas. Un tRNA especialmente importante sobre el que ALKBH1 actúa es tRNAiMet, una molécula de tRNA que transporta el aminoácido metionina, que inicia la traducción de todas las proteínas. Por lo tanto, la alta actividad de ALKBH1 puede disminuir globalmente la cantidad de proteínas producidas en una célula, como observaron los investigadores en una línea celular humana con niveles anormalmente altos de ALKBH1. No solo estas células tenían una tasa más bajade síntesis de proteínas, también se dividieron con menos frecuencia que aquellos con niveles normales o bajos de ALKBH1, lo que sugiere que esta enzima tiene un poderoso efecto sobre la salud celular. También observaron que en las células normales, la cantidad y actividad de ALKBH1 variaba con el ambiente; las célulasprivado de fuentes de energía aumentó la acción de ALKBH1 para conservar los recursos.
Otros grupos han señalado que los ratones genéticamente modificados que carecen de ALKBH1 tienen defectos neuronales graves junto con otras deficiencias de desarrollo, información que adquiere un nuevo significado ahora que se ha definido la función de ALKBH1. Él ve dos interpretaciones superpuestas.Uno es sencillo: durante el desarrollo, las células están asumiendo sus identidades y necesitan un control preciso sobre la producción de proteínas, por lo que las células que carecen de un mecanismo de regulación de la expresión génica tienen defectos, particularmente en el caso de células especializadas como las neuronas.que el ARNt influye en los procesos más allá de la traducción, es igualmente interesante para Pan y He.
"Los científicos están comenzando a darse cuenta de que existen roles no traduccionales para el tRNA. Esta metilación es clave para la estabilidad del tRNA; la otra cara de la moneda es que la desmetilación por ALKBH1 podría ser una forma de promover roles no traduccionales", dijo Él." Esto es algo que deseamos explorar en el futuro ".
En cualquier caso, Pan y Él confían en que su trabajo en ALKBH1 abrirá una nueva área de investigación en el estudio de las modificaciones de ARN, y que se descubrirán más enzimas que desmodifiquen el ARNt en el futuro cercano., este descubrimiento histórico ha iluminado una vía inexplorada en la comprensión de los científicos sobre cómo las células controlan la expresión génica, e indudablemente incitará una nueva ola de innovación en este campo cada vez mayor.
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Materiales proporcionado por Centro médico de la Universidad de Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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