El Dr. Schraga Schwartz y su grupo están revelando con un detalle sin precedentes un mecanismo para controlar la actividad de los genes.
El ADN contiene información que puede cambiar con el tiempo. Las etiquetas químicas se pueden unir al ADN en millones de posiciones, modificando las instrucciones genéticas. Estas etiquetas se han estudiado ampliamente, pero la posibilidad de cambio no termina allí. El mensaje de ADN, puede modificarse incluso después de haber sido enviado: las etiquetas químicas también se unen a los mensajeros moleculares – mensajeros ARN, o ARNm – las moléculas transitorias que transmiten la fórmula para fabricar proteínas desde el ADN hasta la maquinaria de fabricación de proteínas celulares.
Los investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias han revelado el funcionamiento de una modificación particular del ARNm y han demostrado que puede alterar drásticamente el mensaje genético.
Se cree que existen más de un centenar de estas modificaciones de ARNm, pero la ciencia conoce unos pocos. Su importancia ha sido reconocida solo en los últimos años. Los científicos se han dado cuenta de que estas modificaciones representan, en efecto, un mecanismo de regulación de genes previamente no reconocido: pueden potenciar o reducir la actividad de los genes o incluso provocar que un gen se active o desactive. Como resultado, juegan un papel en la mayoría de los procesos biológicos y están involucrados en una variedad de enfermedades.
En un nuevo estudio, el Dr. Schraga Schwartz del Departamento de Genética Molecular del Weizmann, junto con sus colegas, desarrollaron un nuevo enfoque para estudiar las modificaciones del ARNm. Aplicaron este enfoque a una modificación llamada m1A, que implica la unión de una etiqueta química conocida como grupo metilo a una construcción en bloque de un ARNm en particular, el nucleótido A.
Schwartz y su equipo generaron mapas de esta modificación a lo largo del genoma, identificando todos los sitios de m1A con una precisión sin precedentes. Además, identificaron las enzimas que causan que los ARNm se sometan a una modificación de m1A.
Los científicos descubrieron que m1A ocurre con mucha menos frecuencia de lo que se pensaba, pero que puede cambiar radicalmente la forma en que se “percibe” el mensaje de ARNm. La etiqueta puede, en esencia, causar que la célula ignore el mensaje de ARNm.
En un caso, por ejemplo, en un embrión recién formado, cuando está compuesto por solo ocho células, m1A marca un gen crucial en las mitocondrias, las “fábricas” de energía de la célula, lo que sirve como un interruptor potencial que altera la forma en que el las células del embrión producen el combustible molecular necesario para sostener su existencia. Aparentemente, m1A puede hacer que las células cambien la descomposición de la glucosa como fuente de energía para derivar energía de las mitocondrias.
La ventaja de la
modificación del ARNm
Estos hallazgos arrojan nueva luz sobre la base misma de la vida celular y pueden resultar útiles para el estudio de trastornos en los que la producción de energía es alterada. Estos últimos incluyen varias enfermedades malignas: las células cancerígenas, a diferencia de la mayoría de las células sanas, dependen en gran medida de la descomposición de la glucosa para fabricar su combustible, lo que, entre otras cosas, les permite sobrevivir dentro del ambiente carente de oxígeno del tumor.
¿Por qué las células usan la modificación de ARNm para regular genes cuando tienen todo tipo de otros mecanismos para manejar la expresión génica, por ejemplo, la producción o degradación de moléculas de ARNm enteras? “Diferentes tipos de regulación de genes deben haber evolucionado porque cada uno de ellos ofrece ventajas en diferentes situaciones”, dice Schwartz. “Es posible que las modificaciones del ARNm sean las más adecuadas para la rápida modulación de la actividad del gen, es decir, para que la expresión génica gire rápidamente hacia arriba o hacia abajo en respuesta a un estímulo”.
Los métodos aplicados por Schwartz y sus colegas para el estudio de m1A pueden adelantar el estudio de otras modificaciones del ARNm y ayudar a investigar las enfermedades que surgen cuando las enzimas que producen estas modificaciones son mutadas. Estos incluyen obesidad, cáncer y enfermedades neurodegenerativas.■