23 mayo 2006

Tiempo de silencio

MicroRNAs

(Artículo escrito para una clase de Biología Molecular)

miRNAs: LAS TERMITAS RIBONUCLEICAS

mRNAs... ¿Qué sería de los cuentacuentos ribosomales sin sus libros celulares? Algunos están disponibles, para los orgánulos cuentistas, durante largos periodos de tiempo. Otros, sin embargo, tienen una vida efímera... Su rápida degradación es mediada por unas termitas ribonucleicas que reciben el nombre de microRNAs (miRNAs).

Y es que, en esta gran biblioteca que es la célula, cada mensajero goza de un tiempo de vida diferente. Los más longevos, se traducen en proteínas constitutivas. Los otros, por el contrario, surgen como respuesta a un estímulo puntual. ¿Cuáles son las claves de este logro evolutivo?

Todo se reduce, y es mucho reducir, a un complejo sistema postranscripcional, basado en la degradación del mRNA; a un tablero molecular en el que elementos en cis y trans se convierten en peones. Pero la célula siempre aguarda divertida, con ases escondidos en alguna parte de su citosol, dispuesta a todo para sorprendernos una y otra vez... Y esta vez, no fue una excepción...

Los miRNAs irrumpieron, a principios de los noventa, en el campo de la Biología Molecular. Aunque su tamaño ronda la veintena de nucleótidos, su papel biológico es esencial y, hasta hace poco, insospechado. Asociados a proteínas, los miRNAs cumplen la función de regular negativamente a los mensajeros... Para ello, aparean con secuencias de éstos que sitan, normalmente, en la región 3’UTR. A grandes rasgos, podríamos decir que, si la complementariedad es total, se produce la degradación del mRNA. Si, por el contrario, la complementariedad es parcial, se produce una represión de la traducción. El ejemplo más conocido de estas secuencias en cis es el de los elementos AREs (elementos ricos en adenina y uracilo). Su apareamiento con un mRNA complementario desencadena la degradación del mensajero. Esto ocurre así normalmente, pero no siempre...

Cambiemos de tercio... Supongamos que un estímulo llega a la célula de manera puntual... Como resultado, se produce la expresión de diferentes mRNAs y proteínas. Dicha expresión debe ser de carácter instantáneo, en respuesta al estímulo dado. Ahí es donde entran en juego nuestras termitas celulares, mediando la deadenilación, eliminación del cap y degradación del mensajero, en la mayoría de casos. Además, los oligonucleótidos nacientes parecen actuar como nuevas termitas, hecho que genera una rápida amplificación del proceso... Bien podríamos tildar el proceso de guadaña celular. Ahora bien, ¿de dónde proceden estos pequeños ácidos ribonucleicos?

Su transcripción se produce a partir de zonas intergénicas... O de los relegados intrones... En algunos casos, interviene la RNA polimerasa II. En otros, el proceso es desconocido... Por último, para adquirir su forma activa, el transcrito ha de ser procesado, trabajo del que se encarga, normalmente, la enzima Dicer. Es en este momento cuando el miRNA se convierte en el azote de algunos mRNAs celulares. Pero... ¿De qué células estamos hablando?

Hasta ahora, tan sólo se ha documentado la existencia de miRNAs en células eucariotas. ¿Existirán en arqueas y eubacterias? Por otra parte, se empiezan a discernir implicaciones de estos “bichejos” en la biología del desarrollo y en la defensa ante patógenos. ¿Qué más roles desempeñan?

Poco queda más que decir que no sean datos moleculares, aplicaciones médicas o imaginación de éste que escribe. La historia del mensajero toca a su fin pero, sin duda, se volverá a repetir... Pero no será en estas líneas... Ha llegado el momento: la biblioteca celular ha cerrado sus puertas... Vuelva usted mañana.

19 mayo 2006

Lecturas alternativas del código genético

(Artículo escrito para una clase de Biología Molecular)

LECTURAS ALTERNATIVAS DEL CÓDIGO GENÉTICO

El lenguaje de la vida ha resultado ser caprichoso. El cuentacuentos ribosomal no sólo se limita a traducir el mensajero codón tras codón, sino que, en ocasiones, ejecuta lecturas alternativas a la convencional, en función del contexto. No en vano, el viejo orgánulo es lector experimentado, ya que lleva millones de años en activo.

Hasta ahora, el ribosoma es el único que tiene las claves para entender las reglas de codificación, basadas en el conocimiento del código y de diferentes elementos contextuales, ya sean en cis o trans. ¿Qué sabemos a día de hoy? Comencemos.

En ocasiones, existen secuencias que promueven un apareamiento débil entre codón y anticodón, hecho que permite que se produzca el fenómeno de “frameshifting”. Como resultado, se origina una perturbación en la pauta de lectura, reanudándose la traducción un nucleótido aguas arriba o abajo del sitio en cuestión. El “frameshifting” suele estar programado pero, en raras ocasiones, se produce por error. Aquí entra en juego la hipótesis “Ambush”. Se postula que ante un “frameshifting” erróneo, el marco de lectura emergente podría tener codones de paro en abundancia que prevendrían a la célula de un gasto energético innecesario, así como de proteínas defectuosas.

De un fenómeno saltamos a otro: el “hopping”. En este caso, el viejo orgánulo nos deja perplejos. En un codón dado, la traducción se detiene para volver a reiniciarse aguas abajo, allí donde el anticodón del peptidil-tRNA aparee con un nuevo codón. Poco se puede decir por el momento de este aparente antojo organular.

Sin embargo, los fenómenos de lectura alternativa no son nuevos para la ciencia. Ya sabíamos de la existencia de tripletes, con o sin sentido, cuya codificación era, en algunos casos, reasignada a un aminoácido diferente... Pero entonces llegó ella... y el código genético aulló. La selenocisteína aprovechó un codón de paro para insertarse en la cadena polipeptídica como un aminoácido proteico más. Tomó su ejemplo la pirrolisina, aunque de manera más discreta. La pregunta es: ¿esconde el código más aminoácidos proteicos?

Reflexionemos: a la vista de todo esto, y de lo que aguarda impacientemente líneas abajo, el ribosoma se nos presenta como una maquinaria molecular muy preciada... En ocasiones, se producen situaciones en las que el ribosoma llega al final del mensajero sin recibir la instrucción de paro. Los ribosomas se convierten en peces; el mensajero, en anzuelo. Las bacterias solventan dicha trampa celular mediante el tmRNA. Curiosa molécula donde las haya, este RNA hace las veces de transferente y mensajero. El viejo orgánulo queda liberado al traducir la secuencia del tmRNA. Pero, prestemos atención al proceso: en realidad, ésta operación de salvamento no es sino una traducción en trans. La lectura comienza en un mensajero y termina en el tmRNA... Pero aún hay más.

En algunos virus se da el fenómeno de skipping. El ribosoma traduce codones hasta que, al llegar a uno de ellos, se detiene. Es en este momento cuando se libera el péptido. Acto seguido, comienza la traducción de un nuevo péptido a partir del siguiente codón. Intrigante, elegante, sencillo... No es descabellado pensar que pueda darse en mensajeros de origen celular.

Alternativas asombrosas a la traducción estándar. Fenómenos que otorgan ventajas evolutivas allí donde se dan. Se escapa a estas líneas tratar aspectos y repercusiones en los que merece la pena indagar, a modo de curiosidad, sobre regulación o nichos ecológicos.


Codones, aminoácidos, instrucciones moleculares... Piezas de un rompecabezas que conservan la frescura del inicio de la vida. Desentrañar todos los secretos que conoce el viejo orgánulo permitirá aplicarlos y abrirá nuevas puertas a la Biología. Será entonces cuando nos encontremos ante la mayor revolución científica de todos los tiempos, ante el sueño de cualquier biólogo.

La selenocisteína

(Artículo escrito para una clase de Biología Molecular)

SELENOCISTEÍNA Y EL CODÓN ÓPALO

La visión simplista y rígida del código genético, como una tabla de correspondencias entre codones y aminoácidos proteicos, ha quedado obsoleta. Hasta hace dos décadas, tan sólo se conocían veinte aminoácidos proteicos. Fue entonces cuando la selenocisteína entró en escena, convirtiéndose en el aminoácido verdugo de dicha concepción.

Como todo aminoácido proteico, la selenocisteína cuenta con un tRNA propio. Sin embargo, éste difiere de cualquier otro conocido hasta el momento en cuanto a longitud y transcripción. Desafiando a nuestra lógica, el transferente no se une a selenocisteína sino al aminoácido serina. Posteriormente, el enzima selenocisteína sintasa cataliza la formación de selenocisteil-tRNA a partir del complejo anterior. Pero, ¿qué triplete codifica para éste aminoácido seleniado?

Los denominados “codones sin sentido” dejan de serlo si se leen atendiendo a sus contextos correspondientes. El triplete UGA, también llamado ópalo, codifica para selenocisteína, siempre y cuando exista en el mensajero un elemento SECIS (secuencia de inserción de selenocisteína). De no existir, UGA codificaría, en principio, para la terminación.

De carácter heterogéneo, SECIS se encuentra en la región 3’UTR del mRNA de arqueas y eucariotas. En bacterias, sin embargo, este elemento está situado inmediatamente aguas abajo del codón ópalo. Además, cabe citar la importancia de otros motivos presentes en el mensajero, de bases adyacentes a dicho codón y de diversos factores proteicos. Los niveles de selenio también cobran relevancia, así como los requerimientos diferenciales y jerárquicos de este elemento por parte de las diferentes selenoproteínas, ya sean de la misma célula o de diferentes tejidos, en el caso de organismos pluricelulares. ¿Qué características tienen las llamadas selenoproteínas?

Estos polipéptidos constituyen una familia, mayoritariamente enzimática, y presentan a la selenocisteína como residuo; residuo que, normalmente, pertenece al centro catalítico. El ya citado selenocisteil-tRNA tiene su diana de acción en esta familia de manera exclusiva. En bacterias y arqueas, las selenoproteínas participan en reacciones catabólicas y de oxidación-reducción. En eucariotas, tienen funciones antioxidantes y participan en procesos anabólicos.

Arqueas, bacterias y eucariotas. La selenocisteína aparece como aminoácido proteico en todos los dominios de la vida. Levaduras y plantas superiores carecen de ella, ¿o quizás no? Es muy probable que aún no hayamos detectado su presencia...

Volvamos a la traducción. Es posible que exista un complejo supramolecular que incorpore ribosomas, mRNAs, factores de elongación, aminoacil-tRNAs y aminoacil-tRNAs sintetasas. En el caso de selenoproteínas tendría como fin aumentar la eficiencia de inserción de selenocisteína, frente a la posibilidad de que ópalo codifique para terminación. ¿Existe el selenosoma como tal?

En eucariotas, esta estructura se conformaría desde la primera ronda de traducción. De esta manera, un codón UGA perteneciente al ORF (marco de lectura abierto) quedaría prefijado para codificar selenocisteína. De lo contrario, sería tratado como un PTC (codón de paro prematuro) y el mensajero se degradaría vía NMD (degradación mediada por codones sin sentido).

Es de justicia hablar del segundo en discordia. Descubierto recientemente, la pirrolisina es otro aminoácido proteico. Tan raro como misterioso, su codificación está mediada por otro “codón sin sentido”, el codón UAG o ámbar. El debate en torno a la posible existencia de un elemento análogo a SECIS está abierto. La pirrolisina se presenta en un número escaso de arqueas metanogénicas, hecho que hace pensar en que entró a formar parte del código genético recientemente. Como en el caso de la selenocisteína, este aminoácido se encuentra en el centro activo de las enzimas de las que forma parte. En los organismos que la presentan, puede que exista un alto grado de recodificación puesto que la gran mayoría de los codones ámbar codifican para este aminoácido. Desconcertante es el caso de una especie de bacteria. Presenta pirrolisina y selenocisteína, y no parece que haya sufrido transferencia horizontal de genes...

Especulemos. Probablemente, la selenocisteína se hizo un hueco en el código de la vida después de que éste se constituyese pero antes de la división de los seres vivos en los tres dominios actuales. El resultado fue un código más versátil... ¿Nos aguardan más aminoácidos no proteicos por descubrir? ¿Es posible generar un código genético artificial para explotar las propiedades fisicoquímicas de otros aminoácidos?


Codones sin sentido. Ámbar, ópalo y ocre. Las joyas del código genético también intervienen en sorprendentes traducciones no convencionales, regidas por diversos elementos en “cis” y “trans”... La selenocisteína sólo fue el principio, sólo nos retiró la venda de los ojos...

09 mayo 2006

Presentaciones de Powerpoint

Aquí pretendo reflejar mi estilo a la hora de hacer presentaciones en Powerpoint. Concretamente, estas las realice para unos seminarios acerca de metabolismo secundario vegetal. Tratan sobre glucósidos cianogenéticos, aminoácidos no proteicos y algunos compuestos fenólicos derivados de la ruta del shikimato.


06 mayo 2006

Complejo de unión de exones

(Artículo escrito para una clase de Biología Molecular)

EJC y NMD

Una vez más, el hallazgo de una nueva maquinaria macromolecular, en este caso proteica, ha convulsionado a la ciencia. El EJC (complejo de la unión de exones) es una estructura que se une de manera inespecífica al mRNA por mediación del spliceosoma, localizándose aguas arriba del sitio de splicing, a una distancia de 20-24 nucleótidos.

El EJC se constituye como una pieza clave en la célula ya que interrelaciona gran número de procesos metabólicos tales como la exportación, localización citosólica y traducción del mRNA. Pero, sin duda, una de sus funciones más interesantes es la de inducir la degradación de mRNAs que porten codones de paro prematuros (PTCs) mediante la vía NMD (degradación del mRNA mediada por codones sin sentido).

Alrededor del 30% de las enfermedades genéticas humanas se deben a la presencia de PTCs originados por mutación. Es posible que la recesividad de estas patologías se deba, en parte, a la existencia de la vía NMD, vía que, por otro lado, también actúa degradando mRNAs, con poliadenilación defectuosa, mRNAs con ORFs dentro de 5’UTR y mRNAs con codones de stop en el interior de intrones no eliminados.

La presencia de EJCs supone para muchos organismos eucariotas, un control de calidad celular en el que el ribosoma juega un papel esencial, escaneando el mRNA en sentido 5’-3’ y retirando los complejos. Si el ribosoma se desensambla por el reconocimiento de un PTC, implicará que existen uno o más EJCs aguas abajo, hecho que desencadenará la degradación del mRNA vía NMD. De no existir tal control de calidad, se originarían proteínas truncadas, cuya presencia podría originar efectos perjudiciales, e incluso letales, para la célula que las presenta. La ruta NMD evita, por ejemplo, que se generen formas truncadas de proteínas supresoras de tumores de ovario y pecho.

Cabe decir que esta vía de degradación tiene una eficiencia dada que varía entre diferentes tejidos y entre diferentes individuos. Su conocimiento es aún incompleto ya que no sabemos la razón de que algunos mRNAs con PTCs burlen la ruta, como ocurre bajo determinadas condiciones patológicas.

Aunque la vía NMD tiene otros efectos positivos, no hay que olvidar los negativos. Muchas veces, se originan enfermedades cuando esta ruta actúa sobre mRNAs con PTCs que originarían proteínas funcionales o semifuncionales. Investigaciones de diversa índole están dando sus primeros pasos frente a esto.

El EJC y la vía NMD no sólo tienen repercusión fisiológica, sino también evolutiva. Podríamos decir que el EJC es un mecanismo en “trans”, lo cual otorga ventajas. En levaduras, existe un control de calidad en “cis” constituido por una secuencia consenso denominada DSE (elemento aguas abajo). Esta secuencia está repetida una o dos veces a lo largo del gen, lo cual limita la variabilidad de las proteínas ya que esas secuencias requieren estar muy conservadas a lo largo de la evolución.

A título particular, se podría pensar que el EJC tiene un rango de acción que implicaría la inevitable existencia de puntos ciegos a lo largo de los genes, que estarían fuera del alcance del control de calidad. La selección natural podría haber fomentado, a lo largo de la historia evolutiva, la compartimentalización del gen en exones cada vez más pequeños, quedando entre ellos regiones intrónicas. Esto reduciría la longitud de dichos puntos ciegos y permitiría asociar la presencia de intrones a dicho control. De esta manera, el EJC dependería cada vez más de su propia eficiencia y menos de su rango de acción.

EJC y NMD: dos términos que, por ahora, entrañan innumerables preguntas sin respuesta. Una intrigante, quizás la más intrigante de todas. ¿Cómo una enzima puede tener tres veces más vida media teniendo igual secuencia de aminoácidos dependiendo de si se traduce a partir de un cDNA o de un mRNA que ha sufrido el proceso de splicing y la adición-eliminación de EJCs?

Hola a todos



Me llamo Marco y soy estudiante de 4º de Biología en la Universidad de Alcalá. Una vez acabada la licenciatura me gustaría enfocar mi futuro, ya sea parcial o totalmente, a la redacción de textos científicos de tipo divulgativo o periodístico, así como a la ilustración a modo esquemática de diferentes aspectos de la Biología. Espero conseguirlo.