Expresión génica y silenciamiento génico
Todos los eucariotas pretenden controlar los genes que se transcriben a proteínas mediante varios sistemas. Al conjunto de mecanismos que impiden que un gen se transcriba se le denomina silenciamiento génico. Los mecanismos eucariotas de silenciamiento génico actúan a dos niveles: silenciamiento génico transcripcional (SGT o TSG en sus siglas en inglés) y silenciamiento génico post- transcripcional (SGPT o PTSG). Gracias a estos mecanismos las células modulan la expresión génica de su propio ADN y además intentan evitar la expresión de genes que no son propios (genes de parásitos intracelulares como virus, bacterias y otros eucariotas).
Los mecanismos de silenciamiento génico transcripcional evitan la transcripción del gen (de ADN a ARN). Normalmente estos mecanismos son indirectos y afectan a condiciones celulares que reprimen los promotores de los genes que no se han de transcribir, así como pueden alterar la condensación de la cromatina para evitar el acceso de la ARN polimerasa al ADN. Entre las modificaciones epigenéticas más comunes que silencian la transcripción génica se encuentran la metilación del ADN y de las histonas. Se conocen varias metilasas encargadas del silenciamiento tanto en animales como en vegetales.
Los mecanismos de silenciamiento génico del grupo SGPT son más frecuentes y actúan directamente sobre el ARN mensajero. Modificando estas hebras de ARN para evitar su traducción a proteínas. El ARN de eucariotas es muy frecuente que sea procesado antes de traducirse en los ribosomas. Durante la eliminación de los intrones y secuencias accesorias el ARN puede ser modificado también para que no llegue a transcribirse.
Dentro del SGPT existen varios sistemas de proteínas conocidas capaces de enviar al ARN mensajero a su degradación. Las proteínas “dicer”, argonauta y los complejos RISC (RNA-induced silencing complex) y RIST son los principales responsables de la degradación del ARN. Pero además se han encontrado otros mecanismos de silenciamiento. En las primeras décadas del siglo XXI se ha descubierto que determinadas secuencias de ARN pueden interferir en la traducción del ARN mensajero, a este ARN se le denomina ARN de interferencia (ARNi).
Estas secuencias suelen ser de pequeño tamaño (de unos 20 a 25 nucleótidos). Se diferencian tres tipos de ARNi: siRNAs, miRNAs y piRNAs. Sus métodos de acción son todavía poco conocidos, pero en general son secuencias cortas de ADN, normalmente codificadas cerca de los centrómeros y los telómeros que se transcriben y forman ARN de doble cadena y pequeño tamaño que son procesados por proteínas de la familia dicer y se unen al complejo RISC para que las proteínas argonautas del complejo puedan degradar ARNm que comparten homología de secuencia. De esta manera las células eucariotas están diseñadas para eliminar cualquier ARN de doble cadena (para evitar los virus y los ARN que no podrían ser traducidos).
El silenciamiento génico está relacionado con procesos clave dentro del individuo, como la embriogénesis y el desarrollo, así como la diferenciación celular. Además se conocen enfermedades causadas por fallos en el silenciamiento génico, siendo la más frecuente el cáncer por la ausencia del silenciamiento de genes relacionados con el ciclo celular.
Las aplicaciones del silenciamiento génico en biotecnología o como método para evitar infecciones se está desarrollando y aunque parece ser un campo muy prometedor, como por ejemplo en las plantas transgénicas, la ausencia de información sobre cómo funciona evita que pueda utilizarse todavía.