Investigadores de la Universidad de Aarhus en Dinamarca han descubierto una nueva forma de regulación genética que parece ser una forma de cifrado de la información genética. Esa idea no se perdió en ellos, ya que persiguieron la analogía. De «Mensajes encriptados en procesos biológicos«:

Las modificaciones de ARN pueden encriptar el código de ARN y son responsables de un control muy sofisticado de la función de ARN. Un equipo de investigación danés-alemán ha demostrado que las bases modificadas de ARN tienen un gran impacto en la dinámica de la expresión génica desde el ADN hasta el ARN funcional. El estudio arroja nueva información importante sobre cómo la base de las modificaciones del ARN puede afectar la función de las moléculas de ARN maduras. [Énfasis añadido.]

Los programadores saben todo sobre criptología, una forma de diseño inteligente. La encriptación es necesaria cuando desea ocultar información de personas que no deberían tener acceso a ella.

Cómo lograr la encriptación
Hay muchas maneras de lograr el cifrado, como la esteganografía, el cambio de fotogramas, la compresión y otras técnicas, pero la función es transferir un mensaje a la vista de forma que solo pueda ser descifrado por aquellos con la «clave» de cifrado. Aprendamos cómo lo hace la célula.

El ARN se compone de cuatro bases (abreviado A, U, G y C), diseminando así su mensaje con un código bastante simple. En los últimos años, la investigación ha demostrado un impacto sin precedentes de las modificaciones de ARN en todos los pasos del proceso de maduración. Se han identificado más de cien modificaciones de ARN con funciones tanto para inhibir como para facilitar la unión a proteínas, ADN y otras moléculas de ARN. Este cifrado por modificación de ARN es una forma de evitar que el mensaje del ARN sea leído por los destinatarios incorrectos.

El equipo de investigación se ha centrado en la modificación de ARN m6A y ha demostrado que el ARN se puede marcar con esta modificación mientras se copia del ADN… Los resultados demuestran que un m6A posicionado en un exón próximo a un intrón aumenta el proceso de maduración del ARN, mientras que m6A dentro de los intrones ralentiza la maduración del ARN (Figura 2).

Para que la analogía de encriptación funcione, necesitamos ver que el algoritmo se dirija a los destinatarios deseados y proteja el mensaje de los demás. Eso es evidente por su afirmación de que la modificación «m6a» es capaz de «evitar que el mensaje del ARN sea leído por los destinatarios equivocados».

Una clave de encriptación

También necesitamos ver una clave de encriptación que pueda codificar el mensaje, y un lector con la clave que pueda descifrarlo. ¿Es este un posible papel para los misteriosos intrones? La leyenda de la Figura 2 explica:

El ARN recién creado consiste en partes funcionales (exones) y partes no funcionales (intrones). Los intrones se extirpan en un proceso llamado corte y empalme para producir una molécula de ARN madura y funcional compuesta completamente de exones. La modificación de ARN m6A puede aumentar o inhibir este proceso de maduración dependiendo de dónde se deposite m6A en el ARN recién creado.

Durante mucho tiempo ha sido un misterio por qué los genes codifican extensiones llamadas intrones que se traducen pero luego se cortan después. ¿Por qué están ellos ahí? Aquí es donde los hallazgos se vuelven realmente interesantes. Los intrones parecen ayudar a codificar el mensaje, cumpliendo la función de encriptación, pero hacen otra cosa: regulan cómo se ensamblarán los exones. El documento en Cell Reports explica cómo funciona:

Aquí, proporcionamos una evaluación de alta resolución resuelta en el tiempo de m6A en transcripciones de ARN nacientes y revelamos su importancia para el control de la cinética de corte y empalme de ARN. Encontramos que la deposición de m6A co-transcripcional temprana cerca de uniones de empalme promueve el empalme rápido, mientras que las modificaciones de m6A en intrones se asocian con intrones largos procesados ​​lentamente y eventos de corte y empalme alternativos. En conclusión, mostramos que la deposición temprana de m6A especifica el destino de las transcripciones con respecto a la cinética de corte y empalme alternativo.

Ya hemos escuchado sobre m6a antes (enero de 2017) como un posible jugador en el «código epigenético». Como un marcador epigenético, m6a contiene su propia información (la «clave») que afecta los productos de la traducción. Un mes después (febrero de 2017) aprendimos que m6a «podría tener un papel en el corte y empalme alternativo de las transcripciones de ARN», que puede producir muchas proteínas del mismo gen, dependiendo de cómo se reordenan los exones. El año pasado, los hallazgos desencadenaron una «fiebre del oro» para descubrir la función de m6a en el código epigenético.

Tasa de producción
Ahora, según los científicos de Aarhus, la posición específica de la marca m6a parece altamente relevante no solo para el tipo de ARN mensajero producido, y por lo tanto, la proteína que se va a traducir, sino también para la tasa de producción. Si la marca m6a se coloca cerca de una unión de empalme, la transcripción constitutiva se produce rápidamente (es decir, los exones se organizan en el orden en que se transcribieron). Si la marca se coloca en un intrón, ralentiza el empalme y puede producir una transcripción completamente diferente con una proteína diferente resultante. ¿Es este un método para lograr la regulación específica de células?

Nuestro artículo de enero de 2017 hablaba del proceso m6a como una especie de algoritmo «si-entonces»: es decir, si este gen se encuentra en una célula muscular, transcríbalo de esta manera; si se encuentra en una célula nerviosa, transcríbala de otra manera, y así sucesivamente. Para que esto funcione, el gen debe incrustar la clave en sus intrones, y el marcador m6a asociado debe conocer la clave para organizar la transcripción en consecuencia. Los investigadores encontraron que el 57 por ciento de los marcadores se encontraron en intrones, y otro 9 por ciento están en regiones no traducidas. Solo el 22 por ciento se encontró en las regiones de codificación.

Entrando en el foco

No es solo tener la marca que dirige la regulación. Investigaciones previas identificaron una «familia de proteínas llamadas lectores m6A, que reconocen y se unen específicamente a las secuencias marcadas con m6A». Además, hay vías de encimas FTO que responden a la posición m6a para incluir o excluir ciertos exones en la transcripción. Podemos ver el algoritmo de cifrado enfocado: los genes emplean una clave para insertar intrones y marcadores m6a, y ciertos lectores que conocen la clave responden de acuerdo con esta información adicional.

La falta de secuencias de consenso fuertes en SJ [uniones de empalme] de muchos intrones puede ser compensada por la presencia de m6A que eventualmente podría atraer factores de empalme para ejercer su función. Nuestro estudio muestra que el papel crucial de m6A en SED [dinámica de empalme de la eficiencia], así como en el empalme alternativo depende de la posición. m6A depositado en regiones intrónicas ordena las transcripciones a una vía de procesamiento de vía lenta y se asocia con un corte y empalme alternativo mientras que m6A se deposita en los límites exónicos de las transcripciones de la clase SJs en una vía de procesamiento de vía rápida y empalme constitutivo.

Se puede hacer más trabajo para continuar con esta idea de encriptación. Por ejemplo, ¿cuál es el papel de la variabilidad del intrón? El equipo descubrió que «la longitud del intrón y la señal m6A interna se asocian significativamente con el procesamiento lento», pero ¿hay información adicional incrustada en los intrones además de la longitud?

La investigación centrada en el diseño parece estar mejor preparada para comprender los algoritmos de encriptación y otros sistemas ricos en información. Estos investigadores en Aarhus, que por cierto no dijeron nada sobre la evolución, parecen entender eso.

Artículo publicado originalmente en inglés por Evolution News

Crédito de la imagen: markus spiske, a través de Pixabay.