Micro ARN: descifran un misterio clave para los cultivos

Un estudio del equipo de investigación del Conicet encabezado por Javier Palatnik, investigador del Consejo y director del Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR, Conicet-UNR), reveló detalles desconocidos sobre un proceso fundamental en el desarrollo vegetal, que afecta el rendimiento de cultivos de interés agronómico. Se trata del procesamiento de los microARNs, pequeñas moléculas presentes en plantas y animales, responsables de controlar con precisión en qué cantidad se expresan los genes. El trabajo, que ilustra la portada de la revista Nucleic Acids Research, aporta nuevos conocimientos sobre cómo funciona este mecanismo molecular de control de la expresión génica en plantas.

“La información que tenemos, gracias a esta investigación, nos permitiría fácilmente controlar procesos biológicos complejos en plantas cultivables”, señaló Palatnik.

A partir del descubrimiento de la doble hélice del ADN (ácido desoxiribonucleico) en 1959, surge un nuevo mundo de posibilidades para comprender el funcionamiento de los seres vivos: el mundo de la biología molecular. Desde entonces, las preguntas y experimentos de cientos de grupos de investigación en todo el mundo se han ido entrelazando dando lugar a muchas respuestas sobre el rol de los ácidos nucleicos.

Las bases fundacionales de la biología molecular establecen que en el ADN existen fragmentos delimitados de secuencias que tienen la información específica para la síntesis de una proteína en particular, denominados genes. Como el ADN es una molécula enorme que no puede salir del núcleo de las células, existen moléculas de ARN (ácido ribonucleico), llamadas también mensajeros, que copian la secuencia de los genes llevando esta información fuera del núcleo, adonde se encuentra la maquinaria celular necesaria para fabricar las proteínas.

Sin embargo, solo el 1,5% del total del ADN que tiene una célula corresponde a genes . Un amplio porcentaje restante son secuencias necesarias para controlar dónde, cómo y cuánto se expresa cada gen. A comienzo del nuevo milenio, un grupo de moléculas muy pequeñas de ARN captaron la atención porque sus secuencias no codificaban para proteínas, y, sin embargo, se las encontraba en todos los modelos de estudio.

Se demostró que cumplían diversos roles en el desarrollo e incluso algunas resultaban esenciales para la vida. Se las denominó microARNs. “Yo vi nacer esta historia, durante mi trabajo posdoctoral logramos caracterizar la función biológica del primer microARN en plantas”, recordó Palatnik. La publicación de ese hallazgo fue destacada en la portada de la revista Nature.

Resultó que estas pequeñas moléculas son como una capa adicional sobre la regulación de la cantidad de expresión de un gen”. Así lo indicó Santiago Rosatti, quien realizó su tesis doctoral en IBR con la investigación recientemente publicada. “Hay muchos procesos biológicos en las que las cantidades de expresión de un gen deben ser reguladas de forma cuantitativa con precisión, no se trata de todo o nada y los microARNs son muy buenos para esto”, agregó.

A medida que se encontraban secuencias de microARN, complementarias a secuencias de ARN mensajeros, comenzó a dilucidarse un modelo de acción mediante el cual los microARNs podían unirse específicamente a sus mensajeros blanco e inducir su destrucción, disminuyendo así, la síntesis de determinadas proteínas. O sea, que a mayor cantidad de un microARN más mensajeros son destruidos y menor es la cantidad de proteína que puede fabricarse.

“Por eso es importante conocer de qué manera se regula al regulador, cómo se define la cantidad que se produce de microARN y de allí surge la idea principal de este trabajo”, expresa Palatnik.

Los microARNs son generados en el núcleo, en principio como una molécula precursora más grande llamada pre-microARN, que por las características de su secuencia se pliega sobre sí misma adquiriendo una conformación de “horquilla”. Esta luego es procesada (cortada en fragmentos más pequeños) dando origen a los microARNs ,que son exportados al citoplasma donde finalmente cumplen su función.

Al analizar secuencias de pre-microARN, Palatnik y su equipo observaron que muchas estaban muy conservadas evolutivamente: “Teníamos la hipótesis que modificar la estructura del precursor de alguna manera debía afectar el procesamiento y la cantidad que se produce de un microARN”, aclaró Palatnik. Los primeros experimentos se realizaron en 2016. Comenzaron trabajando con el precursor del microARN miR319 de Arabidopsis thaliana (la planta modelo de estudio más extendida en investigación). Según cuenta Rosatti, realizaron cambios puntuales en la secuencia del pre-microARN que modificaban su estructura, pero no tuvieron el resultado esperado: no cambiaba en nada la cantidad de microARN.

“En ese momento, el proyecto parecía un fracaso. Pero luego, cuando probamos con precursores de otros microARN, el resultado de los mismos experimentos fue totalmente distinto”, develó Palatnik. Siguiendo esta pista con un minucioso diseño experimental pudieron descubrir que estos resultados opuestos se debían a que el tipo de procesamiento que atraviesa el precursor determina si la cantidad de microARN que se produce es regulable o no.

“Entendimos que esa complejidad tan grande que hay para procesar los microARNs en plantas tiene sentido. El primer precursor que habíamos elegido era de procesamiento secuencial, y ahí vimos que no importaba las modificaciones que hiciéramos, siempre se generaba la misma cantidad de microARN. En cambio, apenas alterábamos la estructura de los precursores de procesamiento en dos pasos, cambiaba un montón la eficiencia del procesamiento y la cantidad de micro ARN”, aseguró. En base a estos inesperados resultados pudieron establecer dos modelos de regulación de la producción de microARN en plantas.

“Esto es parte de lo que podríamos denominar una investigación en ciencia básica”, indicó Rosatti, mientras Palatnik remarcó que habiendo dilucidado este mecanismo cuentan “con el conocimiento que permite fácilmente aplicar herramientas de edición génica para aumentar o disminuir la expresión de genes determinados, definiendo la cantidad de microARN que se produce en una planta y por ejemplo, llegar a controlar en una especie de interés comercial procesos biológicos muy complejos, como la floración”.

Palatnik detalló que los experimentos fueron realizados por Rosatti, junto con las entonces becarias del Conicet en el IBR, Arantxa Rojas y Belén Moro, y la investigadora del Consejo Irina Suarez, con financiamiento de la Agencia de I+D+i, cuya labor, destaca, fue clave para la realización del proyecto. Completan el equipo Nicolás Bologna y Uciel Chorostecki.