11.9: ARNip: pequeños ARN de interferencia

Los pequeños ARN de interferencia, o ARNip, son moléculas de ARN reguladoras cortas que pueden silenciar genes postranscripcionalmente, así como a nivel transcripcional en algunos casos. Los ARNip son importantes para proteger las células contra infecciones virales y silenciar elementos genéticos transponibles.

En el citoplasma, el ARNip se procesa a partir de un ARN bicatenario, que proviene de la transcripción de ADN endógeno o de fuentes exógenas como un virus. Este ARN bicatenario es luego escindido por la riboendonucleasa dependiente de ATP, Dicer, en fragmentos de 21 a 23 nucleótidos de largo con dos salientes de nucleótidos en ambos extremos. Luego, este ARNip se carga en otra proteína, Argonaute. Argonaute tiene cuatro dominios diferentes: N-terminal, PAZ, Mid y PIWI. Su dominio PIWI tiene una actividad RNasa que permite a Argonaute escindir el ARNm objetivo. Luego, el complejo Argonaute-ARNip se une con una helicasa y otras proteínas para formar el complejo silenciador inducido por ARN (RISC). En RISC, la cadena sentido se separa de la cadena antisentido o guía, que se cree que está catalizada por la helicasa. La cadena sentido se degrada en el citoplasma y la cadena guía dirige RISC hacia un ARNm objetivo complementario.

El destino del ARNm objetivo está determinado por si el ARNm guía muestra un emparejamiento de bases óptimo o subóptimo con el ARNm objetivo. Si la cadena guía muestra un emparejamiento de bases óptimo con el ARNm objetivo, Argonaute escinde el ARNm objetivo. Luego, el complejo RISC se reutiliza nuevamente para apuntar a otro ARNm. Por el contrario, si la cadena guía muestra un emparejamiento de bases subóptimo con la cadena de ARNm objetivo, Argonaute no escindirá el ARNm. En cambio, conducirá a una detención de la traducción ya que el complejo RISC obstruirá la unión y la translocación del ribosoma. Luego, estos ARNm se dirigen a los cuerpos de procesamiento (cuerpos P), donde se degradan gradualmente. En el núcleo, el ARNip puede silenciar elementos de ADN transponibles y así evitar sus inserciones aleatorias no deseadas y peligrosas en el genoma.

Aplicaciones de ARNip

Como el ARNip silencia genes específicos, tiene aplicaciones importantes tanto en la investigación de biología molecular como en aplicaciones terapéuticas. En la investigación, se pueden utilizar para estudiar funciones genéticas específicas in vivo e in vitro silenciando ese gen. También pueden usarse para silenciar genes de virus mortales y pueden emplearse como un agente antiviral eficaz. Los ARNip se están explorando como tratamiento potencial para varias enfermedades, incluidos trastornos neurológicos como el Alzheimer y el cáncer, al apuntar a los respectivos genes causantes de enfermedades. Los ARNip se pueden utilizar en terapia génica personalizada, ya que son muy específicos y pueden diseñarse fácilmente para diferentes genes diana. Además, los ARNip terapéuticos están programados para apuntar al ARNm en lugar del ADN y, por lo tanto, existe un riesgo significativamente reducido de modificación permanente del ADN.

Los ARN interferentes pequeños, o siRNA, son ARN no codificantes, de aproximadamente 22 nucleótidos de largo, que regulan la síntesis y la estabilidad del ARNm.

El siRNA puede originarse desde el interior de la célula mediante la transcripción del ADN, puede procesarse a partir del ARN viral o puede ser añadido por los científicos con fines experimentales.

Los siRNAs se procesan a partir de ARN bicatenario largo. Este ARN se escinde en múltiples siRNAs cortos con la ayuda de una endonucleasa, Dicer.

Luego, cada siRNA se une a Argonaute, junto con otras proteínas, lo que lleva a la formación del complejo de silenciamiento inducido por ARN, o RISC.

En RISC, la hebra guía de ARN se separa de su hebra complementaria y permanece en el complejo, por lo que puede emparejarse con el ARNm objetivo. A continuación, el ARNm diana se escinde con la ayuda de Argonaute y posteriormente se degrada en el citoplasma.

Durante su ciclo de vida, los virus basados en ARN entran en una célula huésped y producen ARN bicatenario. Este ARN es reconocido por Dicer y procesado en ARNsi. Estos siRNAs ayudan a combatir las infecciones virales al promover la degradación del ARNm viral.

En el núcleo, las repeticiones de ADN asociadas al centrómero codifican transcripciones que son procesadas por Dicer para producir tipos específicos de siRNA. A diferencia del siRNA citoplasmático, inhiben la síntesis de ARNm y promueven la formación de heterocromatina, que puede regular la transcripción.

Estos siRNAs se unen a múltiples proteínas, incluida Argonaute, para formar el complejo de silenciamiento transcripcional inducido por ARN, o RITS.

El siRNA dirige RITS a un sitio de transcripción activo, donde se une con el ARNm naciente. Esta unión conduce al reclutamiento de proteínas adicionales que modifican las proteínas histonas cercanas y promueven la formación de heterocromatina.

Esto hace que genes específicos sean inaccesibles, lo que inhibe el inicio de la transcripción en la región diana y silencia los transposones.