Bioquímicos
en el Instituto de Investigación Scripps, Estados Unidos, han descubierto una
secuencia genética que puede alterar la actividad de su gen huésped en
respuesta a los niveles de energía celular. Los resultados aparecen en la
edición del 21 de octubre de la revista 'Nature Chemical Biology'.
Los
científicos han encontrado este interruptor detector de energía en genes
bacterianos, lo que podría convertirlo en objeto de estudio para una nueva y
poderosa clase de antibióticos. Si existen mecanismos similares de detección de
energía identificados con otros genes humanos, podrían ser útiles para el
tratamiento de trastornos relacionados con el metabolismo, como la diabetes
tipo 2 y enfermedades del corazón.
"Este
descubrimiento añade una nueva dimensión a nuestra comprensión de cómo las
células detectan y manejan sus niveles de energía, que es uno de los procesos
más importantes en la biología", dijo la autora principal del estudio, Martha
J. Fedor, profesora de los departamentos de Fisiología Química y Biología
Molecular.
Este
tipo de secuencia de genes de conmutación se conoce como un
"riboswitch" porque aparece en la cadena de ácido ribonucleico (ARN)
que se transcribe primero, a partir del ADN de un gen. A diferencia de otros
"riboswitches" conocidos, que tienen funciones relativamente
limitadas, éste actúa como un sensor para el combustible molecular básico que
alimenta todas las células vivas y controla a muchos genes.
El
recién descubierto "riboswitch" detecta una molécula pequeña conocida
como adenosin trifosfato (ATP), la unidad estándar de energía química en todos
los organismos conocidos en nuestro planeta. Los científicos pensaban que las
células utilizan sólo proteínas grandes y relativamente complejas para detectar
estas moléculas de energía y ajustar en consecuencia las actividades celulares.
Nadie había encontrado sensores de ATP entre los "riboswitches", que
pueden alterar la actividad de células en un nivel más fundamental, por lo
general mediante la interrupción de la transcripción de un gen a partir de ADN.
Además,
los "riboswitches" anteriormente descritos son sensores de
realimentación relativamente simples que afectan a vías metabólicas estrechas.
La mayoría de ellos simplemente detectan y ajustan la tasa de expresión de su
propio gen huésped. "Esta es el primer 'riboswitch' del que se conoce
estar involucrado en la regulación metabólica global", dijo Fedor.
En
años recientes, el equipo de Fedor había encontrado indicios de que tal
"riboswitch" podría existir. Muchas secuencias de ARN con posible
actividad del "riboswitch" nunca habían sido caracterizadas, y los
"riboswitches" detectan, en varias bacterias, moléculas que están
estrechamente relacionadas con el ATP.
La
tarea fue más difícil de lo que podría parecer. "Tales interacciones son
realmente demasiado débiles para ser detectadas con los métodos
tradicionales", dijo Peter Watson, investigador del grupo de Fedor. Pero
se encontró la evidencia de que una interacción del ARN con una molécula tipo
ATP ocurriría en una forma que permitía un acoplamiento breve que podía ser
capturado en el acto -utilizando un estallido de radiación ultravioleta, que
puede crear un fuerte entrecruzamiento químico entre dos moléculas. De esta
manera, descubrió un tramo de aparentes de unión de ARN a ATP conocido como el
"motivo ydaO".
El
hallazgo tiene una importancia científica básica, ya que es el primer ejemplo
conocido de un "riboswitch" que une ATP. También es el primer
"riboswitch" conocido que tiene tan generales funciones reguladoras.
"Esto abre la posibilidad de que los interruptores de ARN estén
involucrados en la regulación general de metabolismo", dijo Fedor.
El
hecho de que los motivos ydaO sirvan como "interruptores de apagado"
para los principales genes bacterianos también los hace un blanco potencial
para nuevos antibióticos. "Golpear estos 'riboswitches' con una pequeña
molécula de ATP que imite al medicamento, de manera que no se pueden activar
los genes que promueven el crecimiento y la supervivencia de bacterias, podría
ser un enfoque viable", dijo Fedor.
Un
"riboswitch" de detección de ATP humano, si es dirigido adecuadamente
por los fármacos, podría ser capaz de alterar la actividad de células de forma
que ayuden a tratar trastornos metabólicos comunes. La diabetes tipo 2, que
afecta actualmente a varios cientos de millones de personas en todo el mundo,
se sabe que cuenta con la regulación inadecuada de niveles de ATP en las células.
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