En biología molecular , un riborregulador es un ácido ribonucleico ( ARN ) que responde a una molécula de ácido nucleico señal mediante el emparejamiento de bases de Watson-Crick . Un riborregulador puede responder a una molécula señal de diversas formas, entre ellas, traducción (o represión de la traducción) del ARN en una proteína , activación de una ribozima , liberación de ARN silenciador ( ARNip ), cambio conformacional y / o unión a otros ácidos nucleicos. Los riborreguladores contienen dos dominios canónicos, un dominio sensor y un dominio efector. Estos dominios también se encuentran en riboswitches., pero a diferencia de los riboconmutadores, el dominio sensor solo se une a cadenas de ARN o ADN complementarias en lugar de moléculas pequeñas . Debido a que la unión se basa en el apareamiento de bases, se puede adaptar un riborregulador para diferenciar y responder a secuencias genéticas individuales y combinaciones de las mismas.
Tipos de riborreguladores
Riboregulador traslacional
Los riborreguladores traslacionales regulan la capacidad de un complejo de ribosoma para escanear, ensamblar y / o traducir una molécula de ARN en una proteína. En los riborreguladores de traducción, la molécula de ARN se reprime o des-reprime dependiendo de la estructura secundaria de la molécula de ARN. Las estructuras que responden a señales se introducen normalmente en la región no traducida 5 '( 5' UTR ) de las moléculas de ARN utilizando técnicas de biología molecular estándar.
Como lo descubrió Marilyn Kozak , el complejo ribosómico pequeño ( 40S ) escanea una molécula de ARN desde la región no traducida 5 'hasta el codón de inicio. Cuando el complejo encuentra una estructura secundaria, debe fundir la estructura para alcanzar el codón de inicio o se caerá de la molécula. [3] El complejo se mueve a lo largo de la región no traducida hasta que se detiene justo antes de alcanzar el codón de inicio porque encuentra una secuencia altamente conservada (una secuencia de consenso de Kozak en eucariotas o una secuencia de Shine-Dalgarno en procariotas ). El complejo estancado luego se combina con el ribosoma grande ( 60S ) para comenzar a traducir el ARN en proteína.
Lechner inventó el primer riborregulador en 1991. [2] Lechner usó un vástago-bucle de autoformación que inhibía la traducción de un ARN procariótico , a menos que estuviera presente una secuencia de ARN complementaria (antiinhibidor). En 1997, Black diseñó el primer riborregulador eucariota utilizando moléculas antisentido para evitar la traducción (Nucline RNA). [1] En el sistema Nucline, las moléculas antisentido bloquean la traducción a menos que se eliminen mediante hibridación competitiva y desplazamiento de cadena mediante secuencias de ARN señal específicas, como ARN del VIH y ARN oncogénico. [4] En 2003, Black demostró que Nucline RNA podía realizar operaciones aritméticas y booleanas ( cálculos If-then-else , AND , OR gate y "Concentración molar de x> concentración molar de y") en monocitos infectados por VIH y cáncer de mama. células. [5] [6]
En 2004, Isaacs et al. modificó el sistema original de Lechner para demostrar tanto la represión trans como la cis en células procariotas. [7] Bayer & Smolke desarrollaron aún más un riborregulador traslacional en 2005 que podría responder a moléculas pequeñas creando una molécula híbrida riboswitch / riboregulator, denominada anti-switch. [8] En un anti-interruptor, la presencia de una pequeña molécula orgánica se une a una secuencia de aptámero en la molécula de ARN que desenmascara una secuencia antisentido secuestrada, que puede unirse y bloquear la traducción del ARN diana.
Ribozima riboregulador
Los riborreguladores de ribozima regulan la capacidad de una molécula de ARN catalítica para escindir una secuencia de ácido nucleico diana. En los riborreguladores de ribozima, una molécula de ARN de ribozima de cabeza de martillo se activa o inactiva dependiendo del cambio de la estructura secundaria inducida por la hibridación de una molécula señal como una secuencia de ADN o ARN afín. En 2008, Win & Smolke diseñó un regulador de ribozima que podría funcionar en células de levadura que realizaban operaciones booleanas similares a los riborreguladores de traducción anteriores, incluidas las puertas AND, NAND , NOR y OR. [9]
Riborregulador basado en ARNi
Los riborreguladores de ARNi son pequeños ARN de interferencia que responden a una señal de entrada, como la hibridación complementaria con una molécula de ADN o ARN. La presencia o ausencia de una molécula diana determina si el ARNip regula negativamente la expresión génica. En 2007, Rinaudo et al. demostraron que los riborreguladores basados en ARNi también pueden realizar operaciones booleanas en las células. [10]
riboregulador de pH
Los riborreguladores del pH regulan la expresión génica en respuesta a los cambios de pH . El único riborregulador de pH conocido regula al alza el gen alx en E. coli cuando está en condiciones alcalinas , particularmente por encima de pH 8. [11] Se encontró, mediante experimentación, que el riborregulador de pH residía en el 5 ′ UTR del gen alx . [12] Cuando tiene un pH de 7 o menos, el elemento riborregulador de pH (PRE) existe en un estado 'N' inactivo; en condiciones alcalinas, la RNA polimerasa controla el plegamiento de este ncRNA a su forma activa 'H'. El sitio de unión al ribosoma del gen alx ahora está expuesto y se permite que la subunidad 30s se una. [12]
Usos de los riborreguladores
Actualmente, los riborreguladores han encontrado utilidad en el área de la biología sintética y la medicina personalizada . En biología sintética, los riborreguladores pueden usarse para regular las respuestas bacterianas y sondear redes reguladoras de genes . Los estudiantes de biología de sistemas de pregrado utilizan riborreguladores estandarizados para competir en una competencia anual de bioingeniería (la competencia internacional de máquinas de ingeniería genética, iGEM ). [13] Además, debido a que los diversos riborreguladores se pueden adaptar para responder a señales biológicas complejas, los riborreguladores ofrecen la promesa de fármacos basados en ARN diseñados individualmente que responden a genes, moléculas pequeñas y proteínas en células individuales.
Referencias
- ↑ a b Black CA (1997). Patente de EE. UU. N.º 6.323.003, http://www.google.com/patents?vid=USPAT6323003 Oficina de marcas y patentes de EE. UU. , Recuperada el 11 de febrero de 2010
- ↑ a b Lechner RL (1991). Solicitud de patente PCT nº WO 92/13070, http://www.wipo.int/pctdb/en/wo.jsp?WO=199213070 [ enlace muerto permanente ] Organización Mundial de la Propiedad Intelectual , consultado el 11 de febrero de 2010
- ^ Kozak M (1989). "El modelo de escaneo para la traducción: una actualización" . J Cell Biol . 108 (2): 229–241. doi : 10.1083 / jcb.108.2.229 . PMC 2115416 . PMID 2645293 .
- ^ http://www.sunpillar.com/helpexamples.html Consultado el 11 de febrero de 2010
- ^ CA negro (2003). "Activación de la terapia génica: uso de perfiles genéticos para diseñar fármacos". Farmacogenómica (2): 48–53. http://pharmtech.findpharma.com/pharmtech/data/articlestandard//pharmagenomics/232003/59233/article.pdf Archivado el 11 de julio de 2011 en la Wayback Machine.
- ^ http://www.sunpillar.com/sitebuildercontent/sitebuilderfiles/nuclinetalkjul93_uploadagain.ppt
- ^ Isaacs; et al. (2004). "Los riborreguladores diseñados permiten el control postranscripcional de la expresión génica". Nat Biotechnol . 22 (7): 823–824. doi : 10.1038 / nbt986 . PMID 15208640 . S2CID 7289450 .
- ^ Bayer y Smolke; Smolke, CD (2005). "Riborreguladores programables controlados por ligando de la expresión génica eucariota". Nat Biotechnol . 23 (3): 306-307. doi : 10.1038 / nbt1069 . PMID 15723047 . S2CID 8655034 .
- ^ Win & Smolke; Smolke, CD (2008). "Procesamiento de información celular de orden superior con dispositivos de ARN sintético" . Ciencia . 322 (5900): 456–460. Código Bibliográfico : 2008Sci ... 322..456W . doi : 10.1126 / science.1160311 . PMC 2805114 . PMID 18927397 .
- ^ Rinaudo; et al. (2008). "Un evaluador lógico universal basado en ARNi que opera en células de mamíferos". Nat Biotechnol . 25 (7): 795–801. doi : 10.1038 / nbt1307 . PMID 17515909 . S2CID 280451 .
- ^ Bingham RJ, Hall KS, Slonczewski JL (abril de 1990). "Inducción alcalina de un nuevo locus génico, alx, en Escherichia coli" . J. Bacteriol . 172 (4): 2184–2186. doi : 10.1128 / jb.172.4.2184-2186.1990 . PMC 208722 . PMID 2108134 .
- ^ a b Nechooshtan G, Elgrably-Weiss M, Sheaffer A, Westhof E, Altuvia S (noviembre de 2009). "Un riborregulador sensible al pH" . Genes Dev . 23 (22): 2650–2662. doi : 10.1101 / gad.552209 . PMC 2779765 . PMID 19933154 . Consultado el 19 de julio de 2010 .
- ^ http://openwetware.org/wiki/IGEM:Caltech/2007/Project/Riboregulator
Otras lecturas
- Erdmann VA, Barciszewska MZ, Szymanski M, Hochberg A, de Groot N, Barciszewski J (enero de 2001). "Los ARN no codificantes como riborreguladores" . Ácidos nucleicos Res . 29 (1): 189-193. doi : 10.1093 / nar / 29.1.189 . PMC 29806 . PMID 11125087 .