Las transcripciones antisentido naturales (NAT) son un grupo de ARN codificados dentro de una célula que tienen complementariedad de transcripciones con otras transcripciones de ARN. [1] Se han identificado en múltiples eucariotas , incluidos humanos, ratones, levaduras y Arabidopsis thaliana . [2] Esta clase de ARN incluye ARN codificantes y no codificantes de proteínas. [3] La evidencia actual ha sugerido una variedad de funciones de regulación para NATs, tales como ARN de interferencia (RNAi), corte y empalme alternativo , la impronta genómica , y la inactivación del cromosoma X . [4]Los NAT se agrupan ampliamente en dos categorías en función de si actúan en cis o en trans. [5] Los trans-NAT se transcriben desde una ubicación diferente a la de sus objetivos y, por lo general, se complementan con múltiples transcripciones con algunos desajustes. [6] Los microARN (miARN) son un ejemplo de trans-NAT que pueden apuntar a múltiples transcripciones con algunos desajustes. [6] Las transcripciones cis -naturales antisentido ( cis-NAT ), por otro lado, se transcriben desde el mismo locus genómico que su objetivo, pero desde la hebra de ADN opuesta y forman pares perfectos. [7]
Orientación
Los Cis-NAT tienen una variedad de orientaciones y diferentes longitudes de superposición entre pares. [7] Hasta la fecha, se han identificado cinco orientaciones para cis-NAT. [8] La orientación más común es cara a cara, donde los extremos 5 ' de ambas transcripciones se alinean. [3] Esta orientación resultaría en la mayor caída de la expresión génica si la colisión transcripcional es la razón de la inhibición de la transcripción. [1] Sin embargo, hay algunos estudios que han sugerido que las orientaciones de cola a cola son los pares NAT más comunes. [1] Otros como cola con cola, superposición, cerca de la cabeza con la cabeza y cerca de la cola con la cola se encuentran con menos frecuencia. [1] Los NAT completamente superpuestos implican que el gen antisentido se ubica completamente uno encima del otro. [3] Las orientaciones cercanas de cabeza a cabeza y de cola a cola son físicamente discretas entre sí, pero están ubicadas muy cerca una de la otra. [1] La evidencia actual sugiere que hay una representación excesiva de pares NAT en genes que tienen actividad catalítica. [3] Puede haber algo en estos genes en particular que los haga más propensos a este tipo de regulación.
Enfoque de identificación
La identificación de NAT en genomas completos es posible debido a la gran colección de datos de secuencia disponibles de múltiples organismos. Los métodos in silico para detectar NAT adolecen de varias deficiencias según la fuente de información de secuencia. [7] Los estudios que utilizan ARNm tienen secuencias cuyas orientaciones se conocen, pero la cantidad de información disponible sobre secuencias de ARNm es pequeña. [3] Los modelos de genes predichos que utilizan algoritmos entrenados para buscar genes brindan una mayor cobertura del genoma a costa de la confianza en el gen identificado. [7] Otro recurso son las bibliotecas extensas de etiquetas de secuencia expresada (EST), pero a estas pequeñas secuencias se les debe asignar primero una orientación antes de que se pueda extraer información útil de ellas. [3] Algunos estudios han utilizado información de secuencia especial en las tecnologías ecológicamente racionales, como la señal poli (A) , la cola poli (A) y los sitios de empalme tanto para filtrar las tecnologías ecológicamente racionales como para darles la orientación transcripcional correcta. [1] Las combinaciones de las diferentes fuentes de secuencia intentan maximizar la cobertura y mantener la integridad de los datos.
Los pares de NAT se identifican cuando forman grupos superpuestos. Existe una variabilidad en los valores de corte utilizados en diferentes estudios, pero en general ~ 20 nucleótidos de superposición de secuencia se considera el mínimo para que se consideren las transcripciones y el agrupamiento superpuesto. [1] Además, las transcripciones deben mapearse solo en otra molécula de ARNm para que se considere un par de NAT. [1] [7] Actualmente hay una variedad de recursos web y de software que se pueden usar para buscar pares antisentido. La base de datos NATsdb o Natural Antisentido Transcript es una rica herramienta para buscar pares antisentido de múltiples organismos.
Mecanismos
Los mecanismos moleculares detrás del papel regulador de los cis-NAT no se comprenden bien en la actualidad. [3] Se han propuesto tres modelos para explicar los efectos reguladores que los cis-NAT tienen sobre la expresión génica. El primer modelo atribuye que el emparejamiento de bases entre el cis-NAT y su transcrito complementario da como resultado una caída de la expresión del ARNm. [9] La suposición de este modelo es que habrá una alineación precisa de al menos 6 pares de bases entre el par cis-NAT para hacer ARN bicatenario. [1] Las modificaciones epigenéticas como la metilación del ADN y la modificación postraduccional de las histonas centrales forman la base del segundo modelo. [1] Aunque todavía no se entiende claramente, se cree que la transcripción inversa guía los complejos de metilación y / o complejos modificadores de histonas a las regiones promotoras de la transcripción sentido y causa una inhibición de la expresión del gen. [1] Actualmente no se sabe qué atributos de los cis-NAT son cruciales para el modelo epigenético de regulación. [1] El modelo final propuesto que se ha ganado el favor debido a la evidencia experimental reciente es el modelo de colisión transcripcional. Durante el proceso de transcripción de cis-NAT, los complejos transcripcionales se ensamblan en las regiones promotoras del gen. Las ARN polimerasas comenzarán a transcribir el gen en el sitio de inicio de la transcripción depositando nucleótidos en una dirección de 5 'a 3'. [6] En las áreas de superposición entre los cis-NAT, las ARN polimerasas chocarán y se detendrán en el lugar del accidente. [1] La transcripción se inhibe porque las ARN polimerasas se detienen prematuramente y sus transcripciones incompletas se degradan. [10]
Importancia
La regulación de muchos procesos biológicos como el desarrollo, el metabolismo y muchos otros requiere una cuidadosa coordinación entre muchos genes diferentes; esto generalmente se conoce como una red reguladora de genes . Una oleada de interés en las redes reguladoras de genes ha sido provocada por el advenimiento de genomas secuenciados de múltiples organismos. El siguiente paso es utilizar esta información para descubrir cómo los genes trabajan juntos y no solo de forma aislada. Durante los procesos de desarrollo de los mamíferos, hay una inactivación del cromosoma X adicional en las hembras. Se ha demostrado que un par NAT llamado Xist y Tsix están involucrados en la hipermetilación del cromosoma. [11] Se ha demostrado que entre un 20% y un 30% de los genes de mamíferos son objetivos de los miARN , lo que destaca la importancia de estas moléculas como reguladoras de una gran cantidad de genes. [12] Las razones evolutivas para utilizar ARN para la regulación de genes pueden ser que es menos costoso y más rápido que sintetizar proteínas que la célula no necesita. [1] Esto podría haber tenido una ventaja selectiva para los primeros eucariotas con este tipo de regulación transcripcional.
Enfermedad
La transcripción antisentido podría contribuir a la enfermedad a través de cambios cromosómicos que dan como resultado la producción de transcripciones antisentido aberrantes. [4] Un caso documentado de cis-NAT implicados en enfermedades humanas proviene de una forma hereditaria de α- talasemia en la que se silencia el gen α-2 de la hemoglobina a través de la acción de un cis-NAT. [4] Se cree que en las células cancerosas malignas con elementos transponibles activados se crea una gran cantidad de ruido transcripcional. [4] Es probable que las transcripciones de ARN antisentido aberrantes que resultan de este ruido transcripcional puedan causar metilación estocástica de islas CpG asociadas con oncogenes y genes supresores de tumores . [4] Esta inhibición progresaría aún más en la malignidad de las células, ya que pierden genes reguladores clave. [4] Al observar las transcripciones antisentido reguladas al alza en las células tumorales, los investigadores pueden buscar más genes supresores de tumores candidatos. [4] Además, los cis-NAT aberrantes se han relacionado con enfermedades neurológicas como la enfermedad de Parkinson . [4]
Referencias
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