No traduzco pero me involucro: El caso de los ARNs largos no codificantes

Michel Pale¹, Diana Sánchez-Rangel^1,2 y Enrique Ibarra-Laclette¹

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 24 de octubre 2022

Las proteínas fueron por mucho tiempo conceptualizadas como el producto final de un gen y las principales mediadoras de los procesos celulares, sin embargo, los avances en la ciencia han evidenciado que, al igual que estas, algunos Ácidos Ribonucleicos (ARNs) son también capaces de intervenir en numerosos procesos sin la necesidad de ser traducidos en una proteína. Un ejemplo de lo anterior son los ARNs largos no codificantes, los cuales han despertado el interés en la comunidad científica debido a sus particularidades y distintos mecanismos de acción. Conozcamos en este artículo un poco más de estas moléculas tan interesantes.

Palabras clave: lncARNs, regulación, modulación, expresión.

El Dogma Central de la Biología Molecular planteado por Francis Crick en 1958, postulaba que la información genética fluía en una sola dirección, del Ácido Desoxirribonucleico (A) al ARN y de este a la proteína, es decir, los genes primero se transcriben y luego estos se traducen. Bajo esta concepción, se consideraba a las proteínas como un producto “final” mediante el cual no sólo se regulan los diferentes procesos que son necesarios para el óptimo crecimiento y desarrollo de todo organismo, sino también todo proceso que es requerido para que estos puedan adaptarse y responder a los embates de su entorno. No obstante, posteriores avances en la ciencia han generado cambios importantes que amplían la concepción de este dogma en un inicio tan terminante. La replicación o la transcripción reversa son sólo algunos de los procesos que amplían este dogma dando cabida también a la inclusión de aquellos genes que se transcriben pero que no se traducen, es decir, hoy día es posible concebir a algunos ARNs como moléculas funcionales o incluso catalíticas. Los más estudiados son los ARN de trasferencia, los ARN ribosomales o ribozimas, sin embargo, existen otros transcriptos no codificantes que se clasifican en función de su longitud, es decir, ARNs cortos y largos. Ejemplos del primer grupo incluyen micro ARNs, ARNs de interferencia o silenciamiento y ARNs de interacción con proteínas PIWI, entre otros. Por su parte, los ARNs largos no codificantes (ARN-lnc o lncRNAs por el inglés, long noncoding RNAs), a diferencia de los cortos, son aquellos de longitud no menor a los 200 nucleótidos (Fig. 1), Si bien son quizá los menos estudiados, se sabe estos participan de procesos biológicos como diferenciación, proliferación, apoptosis, e incluso en la respuesta inmune.

Características estructurales que diferencian a un ARN-lnc de un ARN común. Un ARN-lnc puede o no presentar modificaciones en los extremos de la molécula, también pueden adquirir estructuras secundarias, son de tamaño más pequeño que un ARN común y finalmente su secuencia no codifica en alguna proteína (Autor: Michel Pale Rivas)

En plantas, son pocos los ejemplos que se conocen hoy día, pero sin duda, ponen de manifiesto la importancia de estas moléculas en múltiples procesos (Fig. 2). Por ejemplo, en la planta modelo Arabidopsis thaliana se identificaron dos ARN-lnc que son capaces de mediar la floración mediante la interacción con componentes particulares del ADN. En leguminosas también se ha descrito algunos ARN-lnc, los cuales participan en la formación de nódulos tras interactuar con una proteína que interviene en la síntesis de azúcares. En cuanto al estrés inducido por condiciones ambientales, se han identificado algunos ARN-lnc que propician la tolerancia al estrés por sequía, lo anterior, a través de la regulación de la expresión de proteínas que participan del transporte de agua. Intervienen ante la falta de nutrientes como el fósforo, en este caso mediante la regulación de una proteína que inhibe la captación de fosfatos. Además de su participación como moduladores de múltiples procesos gracias a su capacidad de interactuar con algunas proteínas, a los ARN-lnc también se les ha descrito como precursores de ARN cortos, quienes, a su vez, inhiben o reducen la expresión de genes blanco ejerciendo de esta manera su modo de acción. Ejemplos de lo anterior se han reportado para cereales como arroz y trigo e incluso algunas otras especies vegetales como el algodón, en donde ciertas respuestas al estrés hídrico parecen ser moduladas por micro ARNs provenientes de ARN-lnc. 

La evidencia hasta ahora generada apunta a que los ARN-lnc son también capaces de intervenir en la regulación del estrés ocasionado por organismos vivos. En plantas como plátano y trigo se demostró que estas moléculas intervienen en la regulación de genes implicados en las respuestas de defensa, por ejemplo, modulando la expresión de algunas proteínas que actúan como degradadoras de la pared celular de hongos fitopatógenos u otras que generan un ambiente celular no favorable para el mismo. Algunos otros ARN-lnc son capaces de mediar la expresión de hormonas vegetales evitando así que el patógeno prolifere. Ciertos ARN-lnc funcionan también como “anzuelo”, es decir, secuestrando otras moléculas que resultan similares evitando así que estas ejerzan su función. Con base en lo anterior se infiere que los ARN-lnc pueden involucrarse en diferentes mecanismos de defensa bajo distintas acciones, elucidando así un novedoso sistema de regulación (Fig. 3).

En la actualidad trabajos relacionados con este tipo de procesos han tomado relevancia y se ha comenzado a entender el papel que pueden tener los ARN-lnc ante el ataque de organismos patógenos, sin embargo, aún son pocos los estudios que se han realizado en plantas angiospermas y menor aún el número de estudios que se han realizado en especies arbóreas y perenes. Por lo anterior en INECOL se utiliza como modelo de estudio al aguacate, una especie única por las particularidades de sus frutos y cuya importancia económica es de gran relevancia para nuestro país pero que es afectada por diversos patógenos incluidos hongos ascomicetos como los del género Fusarium spp. Hasta ahora, hemos identificado la presencia de algunos ARN-lnc responsivos al proceso de infección y a las enfermedades que especies de este género producen. Actualmente desarrollamos diferentes proyectos para elucidar/entender su mecanismo de acción.

Agradecimientos

Se agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) por la beca otorgada al primer autor para el desarrollo de sus estudios de Doctorado, así como al Instituto de Ecología A.C. (INECOL) por todas las facilidades otorgadas para el desarrollo del proyecto.

Referencias

• Bhatia, G., Goyal, N., Sharma, S., Upadhyay, S. K., & Singh, K. (2017). Present scenario of long non-coding RNAs in plants. Non-Coding RNA, 3(2), 1–22. https://doi.org/10.3390/ncrna3020016

• Fonouni-Farde, C., Ariel, F., & Crespi, M. (2021). Plant Long Noncoding RNAs: New Players in the Field of Post-Transcriptional Regulations. Non-Coding RNA, 7(1), 12. https://doi.org/10.3390/ncrna7010012

• Rendón-Anaya, M., Ibarra-Laclette, E., Méndez-Bravo, A., Lan, T., Zheng, C., Carretero-Paulet, L., Perez-Torres, C. A., Chacón-López, A., Hernandez-Guzmán, G., Chang, T.-H., Farr, K. M., Barbazuk, W. B., Chamala, S., Mutwil, M., Shivhare, D., Alvarez-Ponce, D., Mitter, N., Hayward, A., Fletcher, S., … Herrera-Estrella, L. (2019). The avocado genome informs deep angiosperm phylogeny, highlights introgressive hybridization, and reveals pathogen-influenced gene space adaptation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116(34), 201822129. https://doi.org/10.1073/pnas.1822129116

• Sharma, Y., Sharma, A., Madhu, Shumayla, Singh, K., & Upadhyay, S. K. (2022). Long Non-Coding RNAs as Emerging Regulators of Pathogen Response in Plants. Non-Coding RNA, 8(1). https://doi.org/10.3390/ncrna8010004

• Singh, P. K., Ganguli, S., & Pal, A. (2018). Functions of long non-coding RNAs in plants: a riddle to explore. Nucleus (India), 61(3), 261–272. https://doi.org/10.1007/s13237-018-0249-4

• Wang, H. L. V., & Chekanova, J. A. (2017). Long noncoding RNAs in plants. Advances in Experimental Medicine and Biology, 1008, 133–154. https://doi.org/10.1007/978-981-10-5203-3_5

¹Red de Estudios Moleculares Avanzados (REMAv), Instituto de Ecología A.C. (INECOL). ² Investigadora por México.