Tipos de ARN

Descripción general

Tres tipos principales de ARN participan en la síntesis de proteínas: el ARN mensajero (ARNm), el ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosómico (ARNr). Estos ARN realizan diversas funciones y pueden clasificarse en términos generales como ARN codificantes o no codificantes de proteínas. Los ARN no codificantes desempeñan funciones importantes en la regulación de la expresión genética en respuesta a cambios ambientales y de desarrollo. Los ARN no codificantes en procariotas se pueden manipular para desarrollar fármacos antibacterianos más eficaces para uso humano o animal.

El ARN realiza funciones diversas pero cooperativas durante la síntesis de proteínas

El dogma central de la biología molecular establece que el ADN contiene la información que codifica las proteínas y el ARN utiliza esta información para dirigir la síntesis de proteínas.

El ARN mensajero (ARNm) es el ARN codificante de proteínas. Está formado por codones, secuencias de tres nucleótidos que codifican un aminoácido específico. El ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosómico (ARNr) son ARN no codificantes. El ARNt actúa como una molécula adaptadora que lee la secuencia del ARNm y coloca los aminoácidos en el orden correcto en la cadena polipeptídica en crecimiento. El ARNr y otras proteínas forman el ribosoma,el asiento de la síntesis de proteínas en la célula. Durante la traducción, los ribosomas se mueven a lo largo de una cadena de ARNm donde estabilizan la unión de moléculas de ARNt y catalizan la formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos. Así, diferentes tipos de ARN realizan funciones específicas pero complementarias durante la síntesis de proteínas.

Los ARN no codificantes en eucariotas regulan la expresión genética

Los ARN no codificantes distintos del ARNt y el ARNr se consideraron inicialmente "basura genómica" ya que no codificaban proteínas. Sin embargo, sus funciones en la regulación de la expresión genética se descubrieron en las últimas décadas y se siguen investigando exhaustivamente. Según su longitud, los ARN no codificantes pueden clasificarse como ARN reguladores pequeños (< 100 nucleótidos) o ARN no codificantes largos (> 200 nucleótidos).

Tanto los ARN reguladores pequeños como los ARN largos no codificantes regulan la expresión génica alterando varias etapas de transcripción y traducción. Los ARN no codificantes afectan el empalme del ARNm, eliminación de segmentos de proteínas no codificantes y unión de las secuencias codificantes de proteínas. De esta manera controlan la formación de diferentes variantes proteicas a partir de un único gen. Los ARN reguladores pequeños, como los microARN (miARN) y los pequeños ARN de interferencia (ARNip), se unen a secuencias complementarias del ARNm e inhiben la síntesis de proteínas, ya sea bloqueando el acceso de la maquinaria de traducción al ARNm o degradando el propio ARNm. Los ARN largos no codificantes interactúan y reclutan enzimas que modifican químicamente el ADN y las histonas,proteínas que ayudan a empaquetar el ADN en el núcleo, para activar o reprimir la transcripción.

Los ARN no codificantes en procariotas actúan como sensores ambientales

La regulación de la expresión genética mediada por ARN está muy extendida en las bacterias. Las secuencias reguladoras del ARNm,llamadas ribointerruptores, actúan como sensores ambientales al detectar cambios en la temperatura y los niveles de nutrientes.

La regulación basada en Riboswitch depende de la formación de dos conformaciones mutuamente excluyentes y estables de la estructura secundaria del ARN. La estructura secundaria cambia entre las dos conformaciones para activar o desactivar la expresión genética en respuesta a cambios ambientales. Por ejemplo, cuando la bacteria Listeria monocytogenes infecta a un huésped, la temperatura corporal más alta del huésped rompe la estructura secundaria en la región 5' no traducida del ARNm bacteriano. Esto expone un sitio de unión a ribosomas en el ARNm e inicia la traducción de proteínas, lo que permite a las bacterias vivir y crecer dentro del organismo huésped.

Los riboswitches se pueden manipular para desarrollar antibacterianos eficaces

Algunos ribointerruptores detectan productos finales de vías metabólicas y sirven como controles de retroalimentación para la transcripción o traducción. Por ejemplo, el riboswitch de pirofosfato de tiamina regula la biosíntesis de tiamina en las bacterias. Cuando se ha sintetizado una concentración adecuada de tiamina, esta se une al riboswitch y cambia su conformación. Este cambio de conformación bloquea el sitio de inicio de la traducción y detiene la síntesis de proteínas.

Se están estudiando compuestos que se parecen mucho a la tiamina en su estructura como posibles agentes antibacterianos. Estos fármacos están destinados a unirse al riboswitch en ausencia de tiamina y provocar un cambio conformacional que bloquea la traducción de las proteínas necesarias para la biosíntesis de tiamina. Dado que las bacterias no podrán producir este nutriente, dejarán de crecer y eventualmente morirán. Como los ribointerruptores se encuentran más comúnmente en procariotas que en eucariotas, los antibacterianos dirigidos a ribointerruptores tendrían efectos adversos mínimos en los huéspedes mamíferos.