10.3: Origen y Funciones del ARN

La gente inicialmente creía que el ARN solo actuaba como un intermedio entre el código de ADN y la proteína, sin embargo, a principios de los 80, el descubrimiento de ARN catalíticos (ribozimas) amplió la perspectiva sobre lo que esta molécula realmente puede hacer en los seres vivos. Sidney Altman y Thomas Cech descubrieron la primera ribozima, la RNasa P que es capaz de escindir la cabeza del ARNt. Los intrones autoempalmantes (intrones del grupo I) fueron también una de las primeras ribozimas que fueron descubiertas. No necesitan ninguna proteína como catalizadores para empalmar. El ARN monocatenario o bicatenario también sirve como agente de almacenamiento y replicación de información en algunos virus.

La hipótesis del mundo del ARN, propuesta por Walter Gilbert en 1986, sugiere que el ARN fue el precursor de la vida moderna. Se basa en el hecho de que el ARN puede tener tanto almacenamiento de información como actividad catalítica al mismo tiempo, siendo ambas características fundamentales de un sistema vivo. En definitiva, la hipótesis de RNA World dice que, debido a que el ARN puede tener un papel catalítico en las células y hay evidencia de que el ARN puede autorreplicarse sin depender de otras moléculas, un RNA World es un precursor plausible del mundo actual basado en ADN y proteínas. Aunque hasta el día de hoy no hay ARN autorreplicante natural encontrado in vivo, moléculas de ARN autorreplicantes se han creado en laboratorio mediante selección artificial. Por ejemplo, se ha demostrado que una construcción quimérica de una ribozima de ligasa natural con un dominio de unión a molde seleccionado in vitro es capaz de replicar al menos una vuelta de una hélice de ARN. Por ello, Gilbert propuso el ARN como un origen plausible de por vida. La teoría sugiere que a través de la evolución, el ARN ha pasado su papel de almacenamiento de información al ADN, una molécula más estable y una menos propensa a la mutación. Luego, el ARN asumió el papel de intermediario entre el ADN y las proteínas, lo que asumió parte del papel catalítico del ARN en la célula. Así, los científicos a veces se refieren al ARN como fósiles moleculares. A pesar de que el ARN ha perdido gran parte de su funcionalidad de almacenamiento de información frente al ADN y sus propiedades funcionales a las proteínas, el ARN sigue desempeñando un papel integral en los organismos vivos. Por ejemplo, la porción catalítica del ribosoma, es decir, la parte funcional principal del complejo ribosómico consiste en ARN. El ARN también tiene papeles reguladores en la célula, y básicamente sirve como un agente para que la célula sienta y reaccione al medio ambiente.

Ribointerruptores

Los ARN reguladores tienen diferentes familias, y uno de los más importantes son los ribointerruptores. Los ribointerruptores están involucrados en diferentes niveles de regulación génica. En algunas bacterias, las regulaciones importantes las realizan familias de ARN simples. Un ejemplo es el termosensor en Listeria, un ribointerruptor que bloquea los ribosomas a baja temperatura (ya que los enlaces de hidrógeno son más estables). El ARN entonces forma una conformación semibicatenaria que no se une al ribosoma y apaga el ribosoma. A temperaturas más altas (37 C), la doble cadena se abre y permite que el ribosoma se adhiera a cierta región en el ribointerruptor, haciendo posible una vez más la traducción. Otro famoso Riboswitch es el riboswitch adenina (y en general los ribointerruptores de purina), que regulan la síntesis de proteínas. Por ejemplo el ARNm ydhl que tiene un tallo terminador al final y lo bloquea de la traducción, pero cuando la concentración de Adenina en- se pliega en la célula, se une al ARNm y cambia su conformación de tal manera que el tallo terminador desaparece.

MicroRNAs

Hay otros tipos de ARN como los microARN, una variante más moderna del ARN (relativamente). Su descubrimiento reveló una nueva capa no proteica de regulación génica (por ejemplo, los miARN EVF-2 y HOTAIR). El EVF-2 es interesante porque se transcribe a partir de un potenciador ultraconservado, y se separa de la cadena de transcripción formando una horquilla, y luego regresa al mismo potenciador (junto con una proteína Dlx-2) y regula su actividad. El ARN de HOTAIR induce cambios en el estado de la cromatina y regula la metilación de las Histonas, lo que a su vez silencia el cúmulo de HOX-D.

Otros tipos de ARN

También podemos ver tipos de ARN no codificantes.

• Los PIRNAs son la clase más grande de moléculas pequeñas de ARN no codificantes en animales. Están involucrados principalmente en el silenciamiento de los transposones, pero probablemente tengan muchas funciones. También están involucrados en modicaciones epigenéticas y silenciamiento génico postranscripcional.
• Los LncRNAs son transcritos largos producidos que operan funcionalmente como ARN y no se traducen en proteínas. Muchos estudios implican a los LncRNAs en los modos epigenéticos, tal vez actuando como un mecanismo de focalización o como un andamio molecular para las proteínas Polycomb. Es probable que los lncRNAs posean numerosas funciones, muchos son nucleares, muchos son citoplásmicos.