Tras la finalización del Proyecto del Genoma Humano, los científicos quedaron desconcertados ante el inesperado número tan bajo de genes. ¿Cómo podrían ser tan pocos los genes codificadores de proteínas (alrededor de 20,000) que construyen a un ser humano? Resultó que los genes son solo una parte de la acción. El viejo Dogma Central que veía al ADN como la molécula maestra, el ARN como el mensajero y la proteína como producto final hace tiempo que desapareció.

Ahora estamos empezando a ver que hay tres «-omas» que interactúan de maneras complejas con otras moléculas, incluidos lípidos y azúcares. Donde quiera que vayan, los científicos están viendo la magia molecular en acción. Aquí hay solo algunos ejemplos recientes.

Otro -«oma» con un código propio.

El Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL) de Barcelona, España, asume que conocemos el genoma y el epigenoma. Ahora, las noticias de IDIBELL atraen nuestra atención hacia otro «-oma» que está aumentando en importancia: el transcriptoma, refiriéndose a la «epigenética del ARN»:

«Es bien sabido que a veces el ADN produce una cadena de ARN, pero este ARN no origina la proteína. Debido a que en estos casos la alteración no está ni en el genoma ni en el proteoma, pensamos que debería estar en el transcriptoma, es decir, en la molécula de ARN «, explica el Dr. Esteller.» En los últimos años, descubrimos que nuestro ARN es altamente regulado y si solo dos o tres modificaciones a nivel de ADN pueden controlarlo, puede haber cientos de pequeños cambios en el ARN que controlan su estabilidad, su localización intracelular o su maduración en los seres vivos «. [Énfasis añadido.]

Por ejemplo, ahora se sabe que algunos RNA no codificantes son «RNAs guardianes» de acuerdo con las modificaciones en sus bases o azúcares con grupos metilo que actúan como etiquetas. El campo de la transcriptómica tiene solo unos cinco años; «Definitivamente será una etapa de investigación emocionante para esta y la próxima generación de científicos», dice el Dr. Esteller. Vea nuestro artículo reciente «Código de ARN que supera el ADN en la complejidad» para obtener más información sobre este karma epicéntrico que corre sobre el Dogma Central.

ADN Eléctrico

Aquí hay otra forma en que el ADN transporta información que es bastante impactante: conduce electricidad. La revista Science describe el «transporte de carga de ADN» como un sistema de señalización inesperado entre el código y sus máquinas de lectura.

El transporte de carga de ADN proporciona una vía para la señalización rápida de largo alcance entre restos de actividad reducción-oxidación acoplados al dúplex de ADN. Varias enzimas integrales a la replicación del ADN eucariota contienen grupos [4Fe4S], cofactores redox comunes. La ADN primasa, la enzima responsable de iniciar la replicación en el ADN monocatenario, es una proteína [4Fe4S]. La primasa sintetiza cebadores de ARN cortos de una longitud precisa antes de entregar la plantilla de ADN cebada a la ADN polimerasa α, otra enzima [4Fe4S]. El grupo [4Fe4S] en primasa es necesario para la síntesis de cebadores, pero su química subyacente no se ha establecido. Además, lo que orquesta el traspaso de cebadores entre la primasa y la ADN polimerasa α no se conoce bien.

En el documento, siete investigadores de Caltech y Vanderbilt hablan sobre los experimentos que realizaron para establecer la existencia de transferencias de carga eléctrica entre la doble hélice y las máquinas moleculares que la leen y la duplican. «Demostramos que el estado de oxidación del grupo [4Fe4S] en la ADN primasa actúa como un interruptor reversible de encendido / apagado para la unión al ADN», concluyen. Y no está solo. Debido a que el ADN puede conducir cargas a largas distancias, «Tal señalización redox por los grupos [4Fe4S] puede desempeñar un papel más amplio en las enzimas polimerasas para coordinar la replicación del ADN eucariota».

ARN Circular

Algunos ARN se pliegan en bucles estables. Los tenemos en nuestros cerebros. ¿Qué hacen? Cuando se descubrieron, se consideraron no codificantes. Ahora, sin embargo, los científicos de la Universidad Hebrea han descubierto que de hecho pueden codificar proteínas. El documento en Molecular Cell, «Traducción de CircRNAs», abre una nueva ventana de posibilidades funcionales para estas transcripciones raras.

Los ARN circulares (circRNAs) son abundantes y ARNs evolutivamente conservados de función ampliamente desconocidos. Aquí, mostramos que un subconjunto de circRNAs se traduce in vivo. Al realizar la huella de ribosoma de las cabezas de moscas, demostramos que un grupo de circRNAs está asociado con la traducción de ribosomas. Muchos de estos Ribo-circRNAs usan el codón de inicio del mRNA anfitrión, están unidos por ribosomas asociados a la membrana y tienen codones de terminación conservados evolutivamente … En conjunto, nuestro estudio proporciona una fuerte evidencia de la traducción de circRNAs, que revela la existencia de una capa inexplorada de actividad genética.

«Evolutivamente conservado», por supuesto, significa que no evolucionó. La descripción de un aficionado en Science Daily explica la importancia de este hallazgo.

Este descubrimiento revela una capa inexplorada de actividad génica en un tipo de molécula que previamente no se pensaba que produjera proteínas. También revela la existencia de un nuevo universo de proteínas aún no caracterizadas.

Una posible función de los circRNA es el almacenamiento estable de datos de codificación de proteínas para regiones alejadas del núcleo. Las puntas de los axones, por ejemplo, pueden estar demasiado lejos para acceder rápidamente a los genes que necesitan. «Como los circRNA son extremadamente estables, potencialmente podrían almacenarse durante mucho tiempo en compartimentos más distantes al cuerpo de la célula como los axones de las células neuronales», dice Science Daily. «Allí, las moléculas de ARN podrían servir como un depósito para las proteínas que se producen en un momento dado». Un científico no relacionado con la investigación expresó su entusiasmo por ello. «Este es un descubrimiento muy importante, prometedor y oportuno que da una pista importante de la función de estos ARN abundantes pero no caracterizados».

Modificaciones Interdependientes

A medida que los genetistas exploran el universo de las modificaciones epigenéticas, no han podido replicar algunos de ellos en un laboratorio (in vitro). Ahora, una razón para esto está saliendo a la luz. Un artículo en Nature comienza con estadísticas sorprendentes sobre el número de modificaciones epigenéticas conocidas. Luego los autores cuentan cómo descubrieron un caso de modificaciones «interdependientes»:

Los ácidos nucleicos sufren modificaciones químicas naturales. Se han descrito más de 100 modificaciones diferentes y cada posición en las bases de purina y pirimidina puede modificarse; a menudo el azúcar también se modifica. A pesar del progreso reciente, el mecanismo para la biosíntesis de la mayoría de las modificaciones no se comprende completamente, debido, en parte, a la dificultad asociada con la reconstitución de la actividad enzimática in vitro. Mientras que algunas modificaciones pueden formarse eficientemente con componentes purificados, otras pueden requerir vías más intrincadas. Un modelo de interdependencia de modificación, en el que una modificación es un requisito previo para otro, explica potencialmente un obstáculo importante en la reconstitución de la actividad enzimática in vitro. Este modelo fue impulsado por el descubrimiento anterior de la edición de tRNA citosina a uridina en eucariotas, una reacción que no ha sido recapitulada in vitro y cuyo mecanismo permanece desconocido.

Efectivamente, encontraron un caso en un microbio donde una modificación era un requisito previo para otra modificación. El mecanismo parece proporcionar control de calidad al evitar modificaciones catastróficas en cada punto coincidente en un genoma completo.

Aquí hay un caso con el que nos podemos relacionar. El sistema de respuesta de anticuerpos humanos muta rápidamente secuencias que buscan coincidencias con antígenos. ¿Cómo la citidina desaminasa (AID) inducida por la activación deamina los receptores de inmunoglobulina (IgG) sin afectar el resto del genoma? La respuesta puede implicar modificaciones interdependientes:

En las células de mamíferos, la AID juega un papel crítico en la diversificación de la clase de anticuerpos dirigiéndose específicamente a los genes del receptor de IgG, mientras que generalmente deja intacto el resto del genoma. Si bien el mecanismo de esta enzima ha sido dilucidado, la base de su especificidad programada hacia solo una fracción del genoma aún no está clara. El trabajo presentado aquí proporciona un fundamento para controlar las enzimas mutagénicas a través de su interacción con otros socios, como se ha sugerido anteriormente. Esto, por supuesto, conduce a la pregunta de cómo evolucionaron tales especificidades de sustrato. Nuestros datos sugieren que la respuesta puede estar relacionada con la capacidad de ciertas interacciones proteína-proteína para proporcionar funciones secundarias basadas en la fiabilidad mutua extrema, como se ilustra aquí por la interacción entre TRM140a y ADAT2 / 3.

Los defensores del Diseño Inteligente ciertamente captarán las frases «especificidad programada» y «extrema dependencia mutua» para apoyar su punto de vista, mientras se ríen del dilema darwinista sobre «cómo evolucionaron tales especificidades de sustrato». Su solución sugerida solo parece cavar un agujero más profundo . Nunca llegan a contarles a los lectores cómo la «extrema dependencia mutua» surgió con «funciones secundarias» por pura y tonta suerte, de modo que el resultado solo da una apariencia de «especificidad programada». el DI, por otro lado, proporciona una respuesta de sentido común – La programación presupone un programador.

Artículo originalmente publicado en inglés por Evolution News

Crédito de la imagen: Nogas1974 (Trabajo propio) [CC BY-SA 4.0], a través de Wikimedia Commons.