El origen del descubrimiento de los microARN
La investigación del desarrollo y crecimiento del nemátodo Caenorhabditis elegans por parte de Victor Ambros y Gary Ruvkun se centró en el estudio de genes mutantes que mostraban defectos celulares en el desarrollo del nemátodo y que resultó ser clave en la transición de la etapa larval a la maduración adulta, se trata de los loci genéticos lin-4 y lin-14.
Mientras los mutantes lin-4 la pérdida de función se centraba en repetir el programa larvario acumulando óvulos en lugar de desarrollar la fase adulta, los mutantes del lin-14 presentaban un desarrollo acelerado acortando la fase larvaria, mientras que las mutaciones con ganancia de función reiteraban etapas juveniles.
Al clonar el lin-4, Ambros vio que no codifica una proteína sino una molécula de microARN. El microARN maduro requiere para su biogénesis de la presencia de enzimas en la etapa nuclear y de proteínas de transporte en la fase citoplasmática; mientras en el núcleo la transcripción de los microARNs es realizada por la ARN polimerasa II, en el citoplasma el proceso tiene lugar por la ARNasa III.
El transporte del microARN del núcleo al citoplasma tiene lugar mediante la Exportina 5-RAN-GPT; una vez ya en el citoplasma el micro-ARN es procesado por la ARN-asa III Dicer haciendo un dúplex de micro-ARN.
El dúplex de micro-ARN se carga en el Complejo Silenciador inducido por RISC y se forma el complejo miARN-AGO-RISC que es el encargado de dirigir la regulación negativa de los ARNm diana.
La hebra guía del dúplex de micro-ARN se incorpora a una proteína de la familia Argonauta, mientras que la otra es degradada.
El mecanismo de silenciamiento postranscripcional se caracteriza por la complementariedad parcial entre el microARN y el ARN mensajero.
Síntesis de los microARN
En el año 2000, en el laboratorio de Ruvkun se identificó el gen let-7 codificador de ARN corto o microARN presente en la evolución desde el C. elegans hasta los humanos y cuya presencia ubiquitaria confirmó que los microARNs representan una de las funciones reguladoras más importantes en la evolución.
A pesar de la suavidad en que se realizan los procesos reguladores, los microARNs poseen una fortaleza que se muestra en la capacidad de regular proteínas diana desorganizadas.
Su condición de plurivalentes– por el hecho de que un microARN es capaz de regular cientos de ARNm diana– amortigua el ruido de fondo biológico característico e inherente a los procesos de transcripción y traducción asegurando que la aleatoriedad de la expresión génica carezca de efectos fenotípicos característicos.
A modo de síntesis, los microARNs controlan redes génicas solapadas y de gran amplitud lo que permite una respuesta coordinada y estable de la identidad celular, así como el mantenimiento de un fenotipo celular mientras por otro lado son capaces de suprimir los fenotipos alternativos que puedan aparecer.
Alteraciones de los micro-ARN y su impacto en el desarrollo
La disfunción esencial de los microARN tanto en el desarrollo embrionario, el crecimiento y diferenciación como en la homeostasis hace que las vías de señalización alteradas estén implicadas en una amplia gama de patologías estudiadas por la medicina experimental:
- La ablación en ratones del gen Dicer 1 implicado en el procesamiento citoplasmático del microARN es letal para el embrión.
- La eliminación del Dicer 1 en linajes celulares específicos como pueda ser el tejido nervioso o las células B conduce a variaciones fenotípicas graves como microcefalia, neurodegeneración postnatal y apoptosis masiva, lo que confirma que la biogénesis de los microARNs es condición «sine qua non» para la supervivencia y funciones celulares específicas.
Los trastornos genéticos asociados a la vía del microARN confieren una fuerte predisposición a desarrollar tumores específicos.
- Las mutaciones en el gen DICER 1 predisponen al blastoma pleuropulmonar, tumores ováricos y al nefroma quístico.
- Las mutaciones en el micro-ARN-96 comportan una pérdida progresiva de audición mientras las del micro-ARN-184 se asocian con el síndrome EDICT (Hipoplasia del Iris, Distrofia Endotelial y Cataratas Congénitas).
- Las mutaciones en micro-ARN-140-5p están ligadas a trastornos esqueléticos congénitos.
Estos ejemplos confirman que pequeños cambios en la regulación de unos pocos genes diana por un único micro-ARN mutado tiene efectos impactantes en el desarrollo y en las funciones biológicas.
MicroARN en enfermedades crónicas complejas
En enfermedades crónicas complejas encontramos alteraciones en la expresión de los microARN.
- En Oncología los microARN pueden actuar como oncogenes o como supresores de tumores; un microARN que silencia un supresor tumoral actúa como oncogén y viceversa. Su expresión anómala está implicada en la proliferación, metástasis, también en la angiogénesis y resistencia a la quimioterapia.
- En las enfermedades cardiovasculares, los microARN alterados están presentes en la insuficiencia cardíaca, la hipertrofia y la fibrosis.
- En patologías neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson, se han encontrado en biopsias líquidas de pacientes perfiles de microARN alterados; cuando en condiciones normales pueden modular la inflamación, la supervivencia neuronal y la homeostasis sináptica.
MicroARN como herramientas diagnósticas y terapéuticas
La comprensión de los microARN ha abierto nuevas vías para diagnósticos y terapias basadas en ácidos nucleicos.
La buena estabilidad de los microARN en fluidos corporales- debido a su encapsulación en exosomas, microvesículas o complejos proteicos– los convierte en biomarcadores no invasivos excepcionales de gran utilidad para el diagnóstico de terrenos precancerosos o ya en desarrollo de la enfermedad y también para el seguimiento de la respuesta terapéutica, así como establecer diagnósticos diferenciales en enfermedades neurológicas.
El control de la expresión génica por microARN ofrece dos principales estrategias terapéuticas:
- MicroARN agonistas en forma de análogos sintéticos bicatenarios que pueden ser introducidos en la célula para restaurar la función de un micro-ARN supresor tumoral o regulador deficiente.
- Antagonistas: consisten en oligonucleótidos diseñados para unirse complementariamente al microARN endógeno y que se utilizan para inhibir la función de los microARN que promueven la enfermedad.
El reto principal en la terapia microARN consiste en la entrega dirigida mediante nanopartículas lipídicas o conjugadas a los tejidos celulares diana para garantizar la efectividad y especificidad y a la vez evitar efectos secundarios.
Aplicación en BI(G)MED: medicina inmunogenética personalizada
El descubrimiento de los micro-ARN por Victor Ambros y Gary Ruvkun ha transformado la biología celular y la investigación biomédica ofreciendo unas perspectivas alentadoras en la Medicina de Precisión tanto en el campo diagnóstico como en el terapéutico.
El conocimiento de la dinámica reguladora de los microARN a nivel molecular y genético ha posibilitado su aplicación terapéutica gracias al Dr. Gilbert Glady conocedor de las interacciones entre la genética y el sistema inmune con más de treinta años de experiencia en estos campos.
La BI(G)MED nace en el 2010 y desde entonces está en evolución permanente y en correspondencia con los avances en biología molecular y genética.
La administración tanto de los microARN junto con mediadores bioquímicos y genéticos utiliza dosis horméticas –very low doses– adaptadas a la biología humana de tal manera que se pueden regular, activar o frenar expresiones fisiológicas como respuesta a las alteraciones debidas a agentes externos o a desajustes inmunogenéticos.
La BI(G)MED utiliza nanotransportadores inocuos además de ser metabólicamente asimilables; así los microARN son conducidos a receptores celulares específicos que es donde despliegan su capacidad de acción homeostática restableciendo los dinamismos biológicos capaces de provocar la respuesta terapéutica adecuada.
Asimismo, en la práctica de la BI(G)MED se solicitan sistemáticamente análisis biológicos como el perfil proteico, el tipaje linfocitario y pruebas serológicas para conocer en profundidad el estado inmunitario , inflamatorio e infeccioso de los pacientes e individualizar la prescripción y así optimizar el resultado terapéutico.
Este enfoque personalizado tiene como objetivo optimizar la eficacia terapéutica y garantizar una intervención más precisa y alineada con las necesidades particulares de cada paciente.
BIBLIOGRAFÍA
https://www.nobelprize.org/uploads/2024/10/advanced-medicineprize2024-2.pdf
