Lucía Márquez Martínez y Amparo Tolosa

El ácido ribonucleico o ARN es una molécula esencial para la vida. No sólo interviene de forma directa en la síntesis de proteínas sino que también participa de forma activa en la regulación de la expresión de los genes.  Además de los conocidos ARN ribosómico, ARN de transferencia o ARN mensajero, en los últimos años miles de ARNs no codificantes han sido identificados en las células animales. Muchos de ellos son regulados durante el desarrollo y/o participan en una amplia variedad de procesos biológicos. Algunos de ellos han sido relacionados con la aparición de enfermedades o cáncer.

Los avances en la capacidad de secuenciación y análisis del genoma humano producidos en los últimos años han permitido avanzar de forma significativa en el conocimiento de los mecanismos y funcionamiento de los distintos tipos de ARN, como por ejemplo en la regulación de la expresión mediada por los microARNs, o en el control del procesado del ARN, a través de la modificación bioquímica del ARN.

Con el objetivo de profundizar en la variedad de mecanismos de procesado del ARN, su potencial papel adaptativo y la aplicación de las nuevas tecnologías de secuenciación a su estudio, grandes retos de la investigación biológica, médica y evolutiva actual, estos días se celebra en Valencia, el congreso de la Society for Molecular Biology and Evolution, SMBE meeting on RNA modification and its implicaton on adaptation and evolution.

Según su organizador, el investigador del Center for Integrative Bioinformatics Vienna, Miguel Gallach, se decidió tomar el ARN como tema central de este foro debido a que “en los últimos años, y gracias en gran medida a los avances extraordinarios en la secuenciación masiva, nuestro conocimiento en las modificaciones bioquímicas del ARN, lo que algunos llaman el epitranscriptoma, se ha expandido considerablemente”.

Respecto a las posibles consecuencias del congreso, Gallach considera que a corto plazo, el impacto es “principalmente académico, pues hemos traído a los mayores expertos en cada rama para discutir nuevos avances y perspectivas en este campo”. Por el contrario, a largo plazo, el organizador del evento espera que éste ofrezca “un ambiente propicio para estimular la germinación de nuevos proyectos colaborativos de investigación”.

El congreso consta de cinco sesiones agrupadas en tres grandes temas: editado y modificación del RNA en humanos: enfermedades y terapia (sesión 1); cambio adaptativo de la información genética mediante el editado y modificación del ARN (sesiones 2 y 3) y ajuste y diversificación de la expresión génica mediante el editado y modificación del ARN (sesiones 4 y 5).

El evento cuenta con más de una treintena de ponentes pertenecientes a distintos centros de investigación de todo el mundo que abordarán las últimas novedades sobre el ARN en sus respectivos ámbitos de trabajo. Hemos hablado con algunos de ellos para conocer un poco más los detalles de sus campos de actuación y los temas que abordarán en sus ponencias.

Dentro de la sesión dedicada a las modificaciones del ARN en humanos y su implicación en enfermedad, Michael Jantsch, profesor de la Universidad de Viena, impartirá una charla titulada Editing of filamin A controls smooth muscle cell contraction and colitis en la que expondrá un ejemplo concreto de la importancia del procesado del ARN en la fisiología: el de la filamina A. Como explica él mismo, la edición del ARN de la filamina A “altera la secuencia de aminoácidos de la proteína filamina A” lo que tiene consecuencias para las células musculares en las que se expresa la proteína.

“Lo que hemos descubierto es que las células del músculo liso con patrones alterados en la edición de la filamina muestran una organización diferente del citoesqueleto de actina – miosina. Esto, a su vez, afecta a la capacidad de contracción de estas células”, desvela Jantsch.

Respecto a la relación de este fenómeno con las enfermedades hereditarias, el investigador señala que la enzima requerida para la edición de ARN de filamina A “es una proteína esencial”. “Como esta enzima (ADAR2) afecta a muchos sustratos, no sólo a la filamina A, los cambios en la actividad ADAR2 se han querido relacionar con varias enfermedades que van desde ALS a la depresión crónica”, explica Jantsch. “Sin embargo – prosigue-estas relaciones no están totalmente claras”.

En cualquier caso, recalca que ADAR2 se trata de una proteína “importante por sí misma” y que sus mutaciones se han relacionado con enfermedades genéticas como heterotopía periventricular, síndrome de Melnick Needles, o malformaciones otopalatodigitales. “Si los cambios en el patrón de filamina dan lugar a enfermedades similares es algo que todavía no está claro” admite Jantsch.

En cuanto  a la aplicación de posibles terapias, el investigador señala que dado que por el momento se desconocen las consecuencias de la falta de alteración en la edición de filamina, “no se están realizando estudios para modificar los patrones de edición en los seres humanos actualmente”.

En la misma sesión, Susana Rodríguez-Navarro, directora del laboratorio de Expresión Génica y Metabolismo de RNA en el Centro de Investigación Príncipe Felipe, dedicará su charla al factor proteico Sus1, que, como ella misma explica “es clave para la expresión de la mayoría de RNA mensajeros y su exportación del núcleo, además de coordinar las modificaciones epigéneticas que ocurren en la cromatina”. “Sus1 es un factor que participa en muchos pasos desde que la célula decide sintetizar un RNA hasta convertirlo o no en proteína”, apunta Rodríguez.

“El trabajo de distintos grupos internacionales ha puesto de manifiesto la relevancia de Sus1 como modulador de la expresión génica. Nosotros hemos estudiado sus funciones y también la estructura secundaria de su RNA en colaboración con el Dr. Gallego (UCV) y hemos aportado conocimiento sobre cómo se regula su expresión. Además hemos descrito la red de factores con los que interacciona funcionalmente y hemos aprendido que modula otros factores implicados en enfermedades raras como la Ataxia espinocerebelosa tipo 7 o el síndrome de Brugada” añade la investigadora. Respecto a las expectativas de la investigación con Sus1, la ponente señala que “muy recientemente se ha conocido que en células humanas juega un papel protagonista en la coordinación de modificaciones epigéneticas directamente relacionadas con la proliferación celular y el crecimiento tumoral, por lo que se abren nuevas vías de trabajo en el estudio de las bases moleculares del cáncer”.

Susana Rodríguez-Navarro subraya también la “revolución” a la que estamos asistiendo en el campo del estudio de la molécula de RNA desde multitud de aproximaciones diferentes. Por ejemplo, entender en profundidad de qué forma los organismos vivos, a partir de sus genomas, son capaces de sintetizar la gran variedad de RNAs que existen en la célula, es uno de los retos más fascinantes. Además, destaca que recientemente se han descubierto nuevos tipos de RNAs con nuevas funciones celulares que están abriendo nuevos proyectos en todo el mundo. “La explosión de centros en USA y Europa es muy significativa e indica el gran interés multidisciplinar que despierta el estudio de esta molécula”, resume la investigadora.

La intervención de Eduardo Larriba, perteneciente al Centro de Investigaciones Biológicas de Madrid, se centrará en el papel de la Bioinformática en el análisis de ARN, una disciplina que él considera “la base fundamental” de las nuevas técnicas de diagnóstico basadas en estudios del genoma o del transcriptoma.  En su opinión, desde el análisis de arrays de GCH hasta el análisis de genomas completos, el procesamiento bioinformática “resulta esencial”. “Y lo mismo sucede con las nuevas técnicas de análisis de SNPs, secuenciación de exomas, etc…”, apunta.

Respecto a las contribuciones que la bioinformática puede aportar a la Genética Médica en el futuro, Larriba señala que el futuro de la Medicina reside en la Medicina Personalizada y para ello, resulta necesario “disponer de herramientas bioinformáticas que permitan realizar el análisis de los datos masivos que se generarán por cada paciente”. Además, el investigador recalca la importancia de avanzar en el campo de las bases de datos, “haciéndolas más completas y accesibles para permitir la comparación de genomas de una forma rápida e integrar datos funcionales”.

Por otra parte, Larriba considera que los modelos animales son la base para la generación de datos para su análisis. “Disponer de modelos animales caracterizados aumenta la capacidad bioinformática de análisis, ya que se puede disponer, por ejemplo, de la secuencia especifica del genoma de una cepa de ratón, lo cual hace más específicos los análisis genómicos y transcriptómicos”.

La investigadora de la Universidad de Cambridge, Sandra Blanco, cierra el programa del congreso con una ponencia titulada RNA post-transcriptional m5C-methylation in stem cells, stress responses and cáncer. “El papel exacto de la metilación de ARN en el desarrollo del cáncer, la progresión y la metástasis no ha sido todavía identificado en la actualidad. Sin embargo, publicaciones recientes indican que existe una asociación entre la regulación de metilación de ARN y la formación de cáncer”, explica Blanco, quien añade que todos los estudios indican un papel potencial de la metilación de ARN en la progresión del cáncer.

Por otra parte, Blanco cree que cada vez es más evidente el rol del control postranscripcional en la modulación de respuestas celulares rápidas a cambios ambientales o estrés. “Por ejemplo, recientemente se ha descrito que la supresión de la expresión de metiltransferasas de ARNt y ARNr en citosina-5 (m⁵C) en levadura, mosca, ratón y en humano no es letal, sin embargo, en prácticamente todos los casos la pérdida de esta modificación aumenta la sensibilidad de estos organismos al estrés inducido por factores externos como el estrés oxidativo, daño a ADN u otras señales ambientales”, señala.

En ese sentido, la investigadora apunta que en su laboratorio se ha observado “que las mutaciones de NSUN2 que reducen la actividad de esta enzima y que inhiben por completo la metilación m⁵C de ARNt dan lugar a un síndrome de discapacidad intelectual en humanos”. Según Blanco, en estos pacientes, la falta de metilación m⁵C en ARNt sensibiliza a las neuronas corticales al estrés oxidativo durante el desarrollo embrionario. “Esto resulta en muerte celular y reducción de la tasa de crecimiento celular, y todo ello da lugar a deficiencias en el desarrollo del cerebro en humanos y en ratones”, recalca.

Preguntada por la relación existente entre el patrón de metilación y la futura diferenciación de las células madre, Blanco señala cómo tanto su grupo de investigación como otros equipos, han descrito el papel que la metilación de ARNt y ARNm juegan en el mantenimiento de las funciones de auto-renovación y de diferenciación de células madre.

“Algunos estudios mostraron recientemente que la pérdida de las metilasas de adenosina-6 (m⁶A) METTL3 y METTL14 en células madre embrionarias en ratón y en humano aumenta su capacidad de auto-renovación y disminuye su capacidad de diferenciación. Estos trabajos demostraron que la deposición de m⁶A específicamente en ARNm promueve la diferenciación en células madre embrionarias mediante la regulación de la estabilidad, splicing alternativo y traducción de los ARNm que son metilados”, concluye Blanco.

(Modificado el 26-05-2016 para incluir declaraciones de Miguel Gallach, organizador del evento).