Además del ARN mensajero, el ARN ribosómico y el ARN de transferencia, también tenemos otros tipos de ARN menos conocidos, como el microARN o mi-ARN, sobre el que os hablamos en este artículo, en el que explicamos qué es, cómo se forma, cuáles son sus funciones y sus posibles aplicaciones médicas.
Qué es el microRNA o miARN y dónde se encuentra el microARN
El microARN, mi-ARN o microRNA, es un tipo de ARN pequeño, de entre 19 y 25 nucleótidos, no codificante para proteínas, que regula la expresión de los genes a nivel post-transcripcional en una gran variedad de tipos celulares. Actualmente, ha alcanzado una gran relevancia clínica debido a su cada vez más importante papel en la regulación de multitud de procesos, tanto fisiológicos como patológicos.
Los microARN se expresan en una amplia variedad de organismos, desde plantas, hasta gusanos y humanos, donde se encuentra en las células y en la sangre. Dentro del genoma humano, muchos microRNA están localizados en sitios frágiles y en regiones asociadas al cáncer, por lo que su alteración está relacionada con el desarrollo de esta enfermedad.
Aproximadamente, el 50% de los mi-ARN o microARN se hallan en clusters o grupos, formando estructuras en forma de horquilla, que posteriormente se fragmentan en múltiples micro-ARN.
En cuanto a cuándo y como se descubrieron, los miARN o microARN fueron descritos inicialmente en 1993 por Rosalind Lee, Feinbaum y Ambros, en el nematodo Caenorhabditis elegans Maupas, 1900, como reguladores de su desarrollo. Sin embargo, el término “micro-ARN” solo se acuñó en 2001 en un conjunto de tres artículos publicados en Science (26 de octubre de 2001).
Muchos microARN están bien conservados entre especies y muchos componentes de su maquinaria se ha encontrado incluso en arqueas y bacterias, lo que revela que su origen es muy antiguo.
A principios de 2008, análisis computacionales realizados por IBM sugerían la presencia de alrededor de 50.000 micro-ARN diferentes en el genoma humano.
microRNA biogénesis, cómo se forma el microARN, mi-ARN o microRNA
El proceso de biogénesis o formación de microARN se inicia en el núcleo de la célula y termina en el citoplasma. Cabe indicar que puede haber varias vías de formación, pero la más común y estudiada es esta que os explicamos a continuación.
En primer lugar, se produce la transcripción de ADN a ARN por la RNA Polimerasa II o por la RNA Polimerasa III, la cual produce una molécula larga de RNA de hasta un kilo de base en forma de horquilla compuesta por un tallo y un bucle, conocida como microRNA primario (pri-RNA o primicroARN). Sobre esta molécula actúa la ribonucleasa Drosha junto al cofactor Pasha/DGCR8 o DiGeorge, la cual “cliva” (corta) el tallo de la estructura larga (aprox. 11 pares de bases desde la unión), forma y libera una horquilla pequeña (aprox. 70 nucleótidos), denominada precursor de microARNs o pre-microARN, la cual es exportada del núcleo al citoplasma por medio de la proteína Exportina-5.
En el citoplasma, los pre-microARN son reconocidos por la proteína ARNasa Dicer y la proteína quinasa activadora dependiente de ARN de cadena doble inducible por interferón (PRKRA en inglés). Dicer cliva los pre-microARN cerca del bucle terminal, generando un dúplex de microARN maduro, de aprox. 22 nucleótidos, el cual contiene una cadena madura de microARN y su cadena complementaria o cadena pasajera.
Posteriormente, el dúplex de microARN maduro se une a la proteína Argonauta 2 (Ago2), la cual selecciona la cadena madura o guía, formando el complejo silenciador inducido por microARNs (RISC en inglés), mientras que la otra cadena es eliminada o degradada.
Finalmente, el microARN maduro (con RISC) ya puede cumplir su función (la represión de la transcripción del ARNm o el silenciamiento genético), por medio del apareamiento con su ARNm blanco o diana.
A continuación, tenéis un esquema en el que se ilustra el proceso de biosíntesis de microARN.
Hay que señalar que, en plantas la formación de los microARN es algo diferente, ya que estas carecen de homólogos de Drosha, siendo procesados por Dicer en su lugar.
microRNA función. ¿Qué función cumple o qué hace el miARN o microARN?
En humanos hay descritos hasta el momento entre 1.200 y 1.500 microRNA, los cuales se estima que puedan estar regulando hasta una tercera parte de los genes del organismo. Un microRNA determinado puede tener varios genes diana y, a su vez, cada gen puede ser diana de varios microARNs, formando circuitos de regulación de alta complejidad.
Como indicamos, los microARNs regulan el procesamiento postranscripcional del ARN, mediante el apareamiento de bases con su ARN mensajero (ARNm) complementario, conduciendo a la represión de la transcripción o al clivaje del ARNm. Con esto, los microRNA o miARN pueden impedir la elaboración de proteínas por parte del ARNm y están implicados en la regulación de varios procesos biológicos. Por tanto, la desregulación de dichos procesos en los que intervienen los microARN, puede causar varias patologías, como diabetes, distrofia muscular, algunas alergias y cáncer. De hecho, se ha mostrado que los perfiles de expresión de los micro-ARN están modificados en un gran número de tipos de cáncer y que la sobreexpresión forzada de los micro-ARN podría conducir al desarrollo de tumores.
Los principales procesos biológicos que están regulados por microARN son:
- En el núcleo celular: pueden regular el transcriptoma induciendo la degradación post-transcripcional de moléculas pequeñas de ARN, de moléculas largas no codificantes y también de ARN codificante. También controlan la generación de nuevos microARN maduros, ya que estos y los pre-microARN se almacenan en el nucléolo, y pueden influir en la cantidad de ARN ribosómico (rARN) que se sintetiza, controlando la expresión génica a nivel de la traducción, desde la síntesis de los ribosomas.
- La diferenciación celular.
- La proliferación celular.
- El desarrollo embrionario y tisular, los micro-RNA juegan un papel central en el desarrollo embrionario del corazón.
- El desarrollo de los linfocitos y la función del sistema inmune. Por ello, cambios en expresiones de microARN dentro de células epiteliales pueden contribuir al desarrollo de la patogénesis de infecciones respiratorias crónicas y severas, como el SARS-CoV-2 y el COVID-19.
- El colesterol, triglicéridos y homeostasis energética en el organismo.
- Diferentes procesos en tumorogénesis, como inflamación, regulación del ciclo celular, respuesta a estrés, diferenciación, apoptosis, invasión y metástasis.
- Los microARN pueden funcionar como supresores de tumores o como oncogenes.
- En células madre de tejidos somáticos regulan múltiples pasos de la hematopoyesis, modulación de la miogénesis y cardiogénesis, diferenciación osteogénica y de la piel.
- En gusanos regulan las fases de su desarrollo.
- En determinadas condiciones, pueden activar la síntesis proteica.
- Hay algunos microARN con función anti-viral y otros con función pro-viral, como el microARN miR-122 que es necesario para la expresión correcta del virus de la hepatitis C.
- En la cardiopatía isquémica en su expresión como infarto agudo de miocardio (IAM), los micro-RNA participan en la modulación génica que ocurre en el corazón tras un fenómeno de I/R y son puntos clave en los procesos de muerte celular, apoptosis y, más a largo plazo, fibrosis e hipertrofia, responsables del remodelado cardiaco post-IAM.
Usos y aplicaciones de los microARN
Por último, dada la importancia de los mi-ARN en la regulación de los procesos que acabamos de ver, aquí os contamos qué usos y aplicaciones pueden tener los microARN en medicina, es decir, para qué nos pueden servir y cómo los podemos utilizar para tratar enfermedades.
MicroARN como biomarcadores
El hecho de que se encontraran microRNA en sangre, unido a su alta estabilidad en este fluido y a que fueran relativamente sencillos de cuantificar mediante técnicas de biología molecular tan extendidas como la PCR a tiempo real, ha supuesto un hito en la búsqueda de biomarcadores de diferentes tipos de enfermedad, cuando se observa una variación en los niveles de microARN correspondientes a condiciones fisiológicas normales.
Además, los mi-ARN son reproducibles y tienen una elevada especificidad tisular entre individuos. Asimismo, sabemos que los niveles de expresión de varios microRNA varían con el envejecimiento y que un mi-ARN específico puede tener un efecto positivo y negativo en una misma célula, dependiendo de su estado de diferenciación.
Actualmente, su cuantificación ya está siendo utilizada como biomarcador en el diagnóstico y progresión del cáncer, diabetes tipo 2 y Alzheimer. Asimismo, a nivel del metabolismo óseo, están surgiendo diversos microRNA implicados en su regulación, abriendo un campo de investigación importante para identificar nuevos biomarcadores para el diagnóstico de la enfermedad osteoporótica u osteoporosis, su evolución, así como para diseñar nuevas terapias farmacológicas.
No obstante, hay que tener en cuenta que, para el uso correcto de los microARN como biomarcadores en la práctica clínica, es necesario establecer previamente una estandarización metodológica en el proceso de recogida de la muestra y en las técnicas de normalización de la PCR real-time.
mi-RNA como dianas terapéuticas
Los microARN son un importante foco de interés para el estudio de diversas enfermedades como el cáncer la diabetes mellitus tipo 2, la osteoporosis y enfermedades cardiovasculares, abriendo una nueva ventana de posibilidades para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas. El uso de microRNA como agentes farmacológicas ya está siendo habitual en algunas patologías tumorales y víricas.
Una de las características de los micro-RNA que los hacen tan interesantes, es la posibilidad de modificar de forma muy específica su expresión. Actualmente, la industria farmacéutica está investigando dianas farmacológicas dirigidas a normalizar los niveles tisulares de mi-RNA específicos, silenciando aquellos que se sobre-expresan o aumentando sus niveles en aquellos que presentan un déficit. Los microARN pueden ser silenciados mediante las moléculas llamadas anti-miARNs (AMOs), las cuales son oligonucleótidos no codificantes sintéticos que inhiben competitivamente la interacción entre los microRNA y su ARNm diana. Los AMOs más ampliamente utilizados son: 2′-O-methyl AMO, 2′-O-methoxyethyl AMO y el Locked Nucleic Acids (LNAs). Cabe indicar que numerosos modelos preclínicos han mostrado que la sobreexpresión o la inhibición de micro-RNA pueden alterar las respuestas patológicas en las enfermedades cardiovasculares.
Por otro lado, dado que a menudo los microRNA trabajan en grupo para regular los procesos patológicos, en lugar de diseñar distintos anti-miARNs para un mismo tratamiento, se están desarrollando los llamados miRs «esponja», los cuales son capaces de fijar numerosos microRNA a la vez.
Y contrariamente, si lo que queremos es restaurar los niveles disminuidos de un microRNA, la estrategia consiste en administrar microARNs miméticos (miRmímics), que son moléculas de ARN de doble cadena alterados químicamente que imitan a los microRNA endógenos. Al ser introducidos en las células, los miRmímics son reconocidos por la maquinaria de la biogénesis de los microARN y procesados como tal.
microRNA cáncer: los microARN para el diagnóstico y el tratamiento del cáncer
Dada la importancia de los microARN en los procesos de tumorogénesis y su expresión en enfermedades específicas, se ve que tienen un gran potencial como blancos terapéuticos y nuevos biomarcadores para pronóstico y diagnóstico de cáncer, por lo que se ha propuesto la manipulación de la actividad y biogénesis de los microARN como una estrategia para el desarrollo de terapias eficaces contra el cáncer.
Finalmente, como hemos visto, el microARN es un tipo de ARN muy importante, aunque poco conocido, el cual cumple funciones relevantes en nuestro organismo, así como también está presentes en otros animales y plantas, por lo que su estudio resulta interesante para aprender más sobre la regulación de nuestro cuerpo y para el tratamiento de enfermedades difíciles de curar, como el cáncer.
Fuentes: Wikipedia, Genotipia, Y. Vladimir Pabón-Martínez (2011), “MicroARNs: una visión molecular”, Rev Universidad Industrial de Santander. Salud vol.43 no.3 Bucaramanga. On-line versión ISSN 2145-8464; Giner M., Montoya M.J., Vázquez M.A., Miranda C., Miranda M.J. y Pérez-Cano R. (2016), “¿Qué son los microARNs? Posibles biomarcadores y dianas terapéuticas en la enfermedad osteoporótica”, Rev Osteoporos Metab Miner vol.8 no.1. Madrid; Ignacio Díaz Carrasco, Agustín Guisado Rasco, Antonio Ordoñez Fernández (2016), “¿Qué son los micro-RNA? ¿Para qué sirven? ¿Qué potenciales beneficios podrían tener en el contexto asistencial?”, Cardicore Vol. 51. Núm. 4. Páginas 161-166. DOI: 10.1016/j.carcor.2015.02.002; y News Medical Life Sciences
