El ácido ribonucleico (ARN, también llamado RNA por sus siglas en inglés «ribonucleic acid») juega un papel esencial en la cadena de procesos de la vida. En las últimas dos décadas, investigaciones puramente básicas en diferentes campos de la Biología y la Química han descubierto funciones propias del ARN, que resaltan su papel protagonista en todos los seres vivos. Por ello, ha merecido nueve premios Nobel en los últimos veinte años.
Cuántos secretos más todavía guarda el ARN es desconocido y, por otra parte, fascinante. Curiosamente, a nivel molecular el ARN existe en todas las conformaciones imaginables: moléculas de cadena sencilla de polaridad positiva (+ssARN), de polaridad negativa (-ssARN), de doble banda (dsARN), o covalentemente cerrado (circARN). Por otra parte, los distintos tipos de ARN varían en longitud, estructura, presencia de nucleótidos atípicos (Inosina) y/o modificaciones post-transcripcionales (M7G, M6A, M5C,Ψ, etc.), que contribuyen a su estabilidad, localización, interacción con proteínas y otros factores celulares y, por lo tanto, a su función.
De hecho, el ARN es el actor principal en numerosos procesos celulares, en los que realiza distintas funciones claves: catalizador (ribozimas: RNasa P, rARN, intrones), genoma (virus ARN, viroides), partícula estructural (ribosomas, tARNs, snARNs, snoARNs, SRP), como regulador de la estabilidad del ARN y de la traducción (miARNs, lncARNs, asARNs, UTRs), como transmisor de la capacidad codificante del genoma (mARNs), como agente terapéutico (vacunas de ARN), etc. Esta diversidad de actividades es inherente a la plasticidad y dinamismo de su estructura secundaria y terciaria que, junto con su secuencia, aumenta sinérgicamente la capacidad de reconocer distintos ligandos y efectuar distintas acciones.
La precisión y especificidad de los sistemas biológicos se atribuye a la interacción entre diferentes componentes del sistema. El ARN y las proteínas son componentes fundamentales de todos los organismos, imprescindibles para su supervivencia y propagación. El ARN ribosómico, el transferente y el mensajero, actúan coordinadamente para generar las proteínas, que forman parte de la maquinaria que realiza las funciones celulares necesarias para mantener la homeostasis. Es bien conocido que la interacción entre miARNs, mARNs y proteínas regula la función de los mismos en numerosos procesos celulares. De hecho, las partículas ribonucleoproteícas (RNPs) son complejos dinámicos, implicados en distintos pasos de la expresión génica, el tráfico y la degradación del ARN, así como el recambio de proteínas, etc.
La comprensión de la influencia de modificaciones químicas en el ARN, así como la inesperada a la vez que sorprendente capacidad codificante de lncARNs y cirARNs, está en continuo avance. De hecho, la diversidad de estructuras y modificaciones del ARN ha sido clave en el desarrollo de estrategias alternativas para regular su función. Ejemplos paradigmáticos del papel regulador de las modificaciones y la estructura del ARN son el resíduo M7GTP (conocido como «cap») del mARN, o los sitios de entrada interna del ribosoma (IRES) que dirigen la iniciación interna de la traducción. En los organismos eucariotas, la mayoría de los mARNs se traducen mediante un mecanismo dependiente de cap en un proceso regulado por varias proteínas, denominadas eIFs. Defectos, o inhibición, de la síntesis de proteínas tiene implicaciones graves en procesos fisiológicos, por ejemplo, la respuesta a diversos tipos de estrés, el desarrollo, la proliferación celular, o la memoria a largo plazo. En estas circunstancias se dispara la traducción de mARNs atípicos, además de algunos lncARNs y circARNs, mediante mecanismos independientes de cap, un proceso en el que intervienen proteínas de unión a ARN (RBPs), dando lugar a la síntesis de proteínas específicas claves para la supervivencia en determinadas circunstancias de alerta celular.
Este dosier contiene cuatro artículos en los que se describen distintos tipos de moléculas de ARN que desempeñan funciones claves, descubiertas recientemente:
- Una forma novedosa de ARN son los denominados «obeliscos», presentados en el artículo del Dr. Marcos de la Peña (IBMPC, CSIC-UPV, Valencia): pequeñas moléculas circulares de ARN con capacidad replicante, descubiertos en numerosos seres vivos, que se repliegan predominantemente como doble banda, similares a los viroides.
- El artículo del Dr. Pablo Manavella y la Dra. Catharina Merchante (IHSM «La Mayora», Universidad de Málaga – CSIC) describe el papel esencial de los microARNs en el desarrollo de las plantas, desde su síntesis y maduración hasta su implicación en la regulación postranscripcional de distintos mARNs diana.
- El Dr. Juan Carlos García-Soriano y la Dra. Puri Fortes (CIMA, Pamplona), explican la capacidad codificante de algunos, quizás inapropiadamente llamados long non-coding ARNs. Estos ARNs, junto con los ARN circulares, representan un mundo de pequeñas moléculas, inadvertidas en etapas anteriores, con nuevas funciones por explorar.
- Finalmente, el capítulo dedicado a epitranscriptómica, presentado por la Dra. Sandra Blanco (CIC, Salamanca) describe la asombrosa capacidad reguladora de la expresión génica determinada por las modificaciones (metilaciones de adenina y citosina, o presencia de pseudouridina) en el ARN.
Para leer más
- Bartell DP. Metazoan microRNAs. Cell 173 (2018) 20-25. https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.03.006
- Cech TR, Steitz JA. The noncoding RNA revolution-trashing old rules to forge new ones. Cell 157 (2014) 77-94. https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.03.008
- Karikó K, Weissman D. Naturally occurring nucleoside modifications suppress the immunostimulatory activity of RNA: implication for therapeutic RNA development. Current Opinion Drug Discovery & Development 10 (2007) 523-532.
- Lozano G, Martínez-Salas E. Structural insights into viral IRES-dependent translation mechanisms. Current Opinion in Virology 12 (2015) 113-120. doi:10.1016/j.coviro.2015.04.008 Sinha T, Panigrahi C, Das D, Chandra Panda A. Circular RNA translation, a path to hidden proteome. Wiley Interdisciplinary Reviews (WIREs) RNA 13 (2022) e1685. doi: 10.1002/wrna.1685
