MicroARNs: Qué son y cómo regulan la expresión génica

Mónica Martínez AdellGenotipia

 

La mayoría de las veces, cuando alguien piensa en ARN, se le viene a la mente el ARN mensajero, el ARN ribosómico y el ARN de transferencia. No obstante, hay más tipos de ARN que desempeñan funciones muy variadas, entre los cuales se encuentran los microARNs. A continuación vamos a hablar sobre estos últimos, desde su síntesis hasta las diferentes funciones que desempeñan en las células.

Figura creada con Piktochart.

Los microARNs (miARNs) son ARNs pequeños, de entre 19 y 25 nucleótidos, que regulan la expresión de los genes. ¿Cómo hacen esto? Generalmente, mediante la degradación del ARN mensajero o la regulación de la transcripción. La transcripción es el proceso en el que se obtiene una molécula de ARN mensajero a partir de una de las cadenas de ADN, de modo que la información pasa del ADN al ARN. Por tanto, por ejemplo, si la transcripción se inhibe, no se sintetizan proteínas.

En animales los microARNs se encuentran codificados en genes individuales (que codifican para un solo micro ARN), agrupados en clusters (grupos de genes que codifican para varios microARNs distintos) o en intrones de genes codificantes de proteínas.

Estos ARNs pueden modular la expresión de hasta el 60% de los genes que codifican proteínas y están involucrados en procesos como la diferenciación, proliferación, apoptosis y desarrollo. Por tanto, la desregulación de los procesos en los que interviene el microARN puede causar varias patologías. Algunos ejemplos son diabetes, distrofia muscular, algunas alergias y cáncer.

 

Síntesis de microARNs

La síntesis de microARNs es un proceso complejo que consta de varios pasos y ocurre tanto en el núcleo como en el citoplasma. En este proceso se produce una versión transcrita del microARN a partir del ADN que va siendo procesada por varias enzimas hasta llegar al microARN maduro.

Proceso de síntesis de los microARNs
Síntesis de los microARNs. En primer lugar se transcriben los genes microARN, se obtiene el pri-microARN. A continuación Drosha procesa el microARN primario para dar lugar a la molécula precursora del microARN, el pre-microARN. El precursor es exportado al citoplasma y, una vez allí, la enzima Dicer forma microARN dúplex, que es posteriormente desenrollado por la proteína Argonauta. Finalmente, una de las cadenas de microARN, que constituye el microARN maduro, se queda junto a Argonauta y forman el complejo miRISC, listo para ejercer la represión de sus mensajeros diana. Figura creada con Biorender.

En primer lugar, se produce la transcripción de ADN a ARN por la ARN polimerasa II, mayoritariamente, y en ocasiones por la ARN polimerasa III. Esto da lugar al microARN primario (pri-microARN). El pri-microARN es una estructura que forma una doble cadena, aunque en la parte terminal las dos cadenas se separan.

A continuación, el pri-microARN es procesado por la enzima RNasa III o Drosha, y una proteína de unión al ARN de doble cadena. El resultado es una molécula precursora del microARN que se denomina pre-microARN. Se diferencia de la anterior en que tiene menor longitud y su estructura es diferente.

En el siguiente paso el pre-microARN es exportado del núcleo al citoplasma por una proteína. Una vez en el citoplasma la RNasa III o Dicer procesa el pre-microARN y se obtienen microARNs de doble cadena o dúplex (ds-microARN) de entre 21 y 24 nucleótidos.

Los microARNs en la mayoría de los casos no trabajan solos, suelen ejercer su regulación induciendo la acción de un complejo de silenciamiento génico, el RISC. Para formar el complejo RISC (RNA induced silencing complex), el microARN dúplex debe ser cargado a proteínas Argonauta (Ago) con la ayuda de una chaperona. Solamente se incorpora una de las dos cadenas de microARN, la cadena guía. Durante la formación del complejo RISC, Ago2 desenrolla el microARN dúplex y elimina la cadena complementaria a la guía, de forma que solamente queda incorporada la cadena guía. Así se obtiene el microARN maduro. Ese microARN maduro junto a la proteína Ago2 forma el complejo RISC básico, que ya es funcional, aunque se pueden unir otras proteínas al complejo.

 

Funciones de los microARNs en el citoplasma

Los microARNs actúan a nivel post-transcripcional regulando la expresión génica, como hemos comentado anteriormente. Un solo microARN puede tener cientos de ARN mensajeros diana, es por eso que pueden controlar la expresión de un gran número de genes.

En plantas se requiere que el microARN y su ARN mensajero diana sean completamente complementarios (es decir, que haya complementariedad de bases) para que se produzca el reconocimiento y el corte del mensajero. Sin embargo, en mamíferos basta con que sea complementaria una secuencia en 5’ que va desde el nucleótido 2 hasta el 8 en el microARN para el reconocimiento. Esa secuencia complementa con el ARN mensajero diana mayoritariamente en la región 3’-UTR, pero también puede complementar con la región 5’-UTR y con regiones codificantes del ARN mensajero.

En el complejo RISC básico o miRISC (microARN y Ago2), el microARN reconoce las secuencias diana y se produce la unión mediante las normas de complementariedad de bases de Watson y Crick, mientras que Ago2 actúa como plataforma sobre la que los factores reguladores se pueden unir a sus dianas. Es decir, el microARN es el que se encarga del reconocimiento y Ago2 determina cuál va a ser el modo de acción, según qué proteínas reguladoras se reclutan al complejo.

Una vez que el miRISC reconoce y se une al ARN mensajero, puede actuar dificultando su traducción o potenciar su degradación. Esto ocurre en un proceso secuencial, primero se inhibe la traducción y luego se degradan los mensajeros. Por tanto, el miRISC puede actuar a nivel de inicio de la traducción. Los mecanismos mediante los cuales se inhibe la traducción son la inhibición de la elongación, la degradación de proteínas y la eliminación de ribosomas.

 

Funciones de los microARNs en el núcleo

Aunque la función más estudiada del microARN es la de regulación de la expresión génica en el citoplasma, también ejerce un papel importante en el núcleo.

miRISC puede regular el transcriptoma también en el núcleo. En este caso actúa induciendo al degradación post-transcripcional de moléculas pequeñas de ARN, de moléculas largas no codificantes y también de ARN codificante.

También es importante que la generación de microARNs maduros esté controlada, para que los diferentes procesos celulares y por tanto el organismo en general funcionen correctamente. Los pre-microARNs y los microARNs maduros se almacenan en el nucléolo, y pueden influir en la cantidad de ARN ribosómico (rARN) que se sintetiza. Lo que ocurre es que el miRISC se puede asociar a subunidades ribosómicas en las etapas iniciales de la síntesis de ARN ribosómico, y confiere distintas propiedades a los ribosomas maduros, definiendo su interacción con diferentes proteínas accesorias. De este modo controla la expresión génica también a nivel de la traducción, desde la síntesis de los ribosomas.

 

Circulación de los microARNs del núcleo al citoplasma y viceversa

El complejo miRISC tiene una composición diferente cuando se encuentra en el núcleo y cuando se encuentra en el citoplasma. Además, el miRISC nuclear es de menor tamaño, esto puede estar relacionado con el hecho de que desempeñan funciones diferentes. Como hemos visto antes, el ensamblaje del microARN y Ago2 tiene lugar fuera del núcleo, por lo que para poder ejercer su función en esta localización debe ser importado desde el citoplasma. En este proceso interviene la proteína importina 8 (IPO8), aunque se cree que hay varias rutas para la importación al núcleo.

MicroARNs como biomarcadores
MicroARNs como biomarcadores. Los niveles de microARN en sangre se pueden cuantificar, por tanto pueden servir como indicadores de patologías o situaciones fisiológicas determinadas, cuando se observa una variación en dichos niveles. Figura creada con Biorender.

Todos los procesos celulares deben estar bien regulados, pues cuando no funcionan bien pueden tener efectos negativos sobre las células y tejidos y derivar en la aparición de enfermedades. Por esta razón los microARNs son de gran utilidad como biomarcadores. Los niveles de microARNs en sangre pueden ser cuantificados y se puede estimar cuáles son los valores correspondientes a condiciones fisiológicas normales o a condiciones patológicas. Por tanto, cambios en esos niveles pueden ser indicadores de determinadas patologías o condiciones fisiológicas distintas. Por ejemplo, en un embarazo se observan cambios en los niveles de microARN, pues se ven alteradas algunas funciones celulares.

 

Fuentes:

Catalanotto C, Cogoni C, Zardo G. MicroRNA in Control of Gene Expression: An Overview of Nuclear Functions. Int J Mol Sci. 2016 Oct 13;17(10):1712. doi: 10.3390/ijms17101712. PMID: 27754357; PMCID: PMC5085744. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27754357/ 

Matsuyama H, Suzuki HI. Systems and Synthetic microRNA Biology: From Biogenesis to Disease Pathogenesis. Int J Mol Sci. 2019 Dec 24;21(1):132. doi: 10.3390/ijms21010132. PMID: 31878193; PMCID: PMC6981965.

Lu TX, Rothenberg ME. MicroRNA. J Allergy Clin Immunol. 2018 Apr;141(4):1202-1207. doi: 10.1016/j.jaci.2017.08.034. Epub 2017 Oct 23. PMID: 29074454; PMCID: PMC5889965.

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2 comentarios de “MicroARNs: Qué son y cómo regulan la expresión génica

  1. Mauricio dice:

    En el párrafo 2 línea 4, como los
    micro ARNs pueden inhibir la transcripción?

    Creo lo correcto es que degradan el ARN mensajero o inhiben la Traducción.

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