Un interruptor que detecta la energía de la célula podría facilitar nuevas terapias o fármacos
23/10/2012 - E.P.
Se conoce como "riboswitch" y actúa como un sensor para la molécula de ATP que alimenta todas las células vivas y controla a muchos genes
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 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 para entender 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 el ATP, la unidad estándar de energía química en todos los organismos conocidos. Hasta ahora se pensaba 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 este "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", según 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 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 funciones reguladoras tan generales. "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", según 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.
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 para entender 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 el ATP, la unidad estándar de energía química en todos los organismos conocidos. Hasta ahora se pensaba 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 este "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", según 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 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 funciones reguladoras tan generales. "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", según 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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