El ARN de interferencia: el poder del silencio

El dogma central de la Biolog¨ªa describe c¨®mo la informaci¨®n gen¨¦tica contenida en el n¨²cleo celular en forma de ADN es copiada a ARN mensajero (ARNm), transportada al citoplasma y, posteriormente, usada para producir prote¨ªnas. El estudio y caracterizaci¨®n de los diferentes mecanismos que controlan este proceso es uno de los objetivos fundamentales de la ciencia moderna. El premio Nobel en Medicina de este a?o ha distinguido a los profesores Andrew Z. Fire (Universidad de Stanford) y Craig C. Mello (Universidad de Massachusetts) por su descubrimiento de un nuevo mecanismo de regulaci¨®n de la expresi¨®n g¨¦nica, el ARN de interferencia (ARNi).

La historia de este hallazgo es, cuando menos, curiosa. Antes del descubrimiento del ARNi un fen¨®meno denominado silenciamiento g¨¦nico hab¨ªa sido descrito en plantas transg¨¦nicas. En experimentos dise?ados para potenciar el color de las petunias, en donde el n¨²mero de copias del gen responsable de la pigmentaci¨®n hab¨ªa sido aumentado mediante ingenier¨ªa gen¨¦tica, se observ¨® que se produc¨ªa el resultado contrario, origin¨¢ndose una flor blanca. En los a?os siguientes este fen¨®meno fue descrito en otras plantas transg¨¦nicas y en otros organismos modelo. Aunque se identific¨® que este efecto era producido por la inhibici¨®n de la expresi¨®n del gen que se intentaba potenciar y que el ARN ten¨ªa un papel fundamental en ello, la explicaci¨®n molecular del proceso no vio la luz hasta el descubrimiento de Fire y Mello.

El trabajo de Fire y Mello publicado en 1998 tuvo una enorme repercusi¨®n

Con el ARNi se pueden identificar genes implicados en una enfermedad

En 1998 estos investigadores estaban buscando un modo eficiente de silenciar genes como estrategia para estudiar su funci¨®n en el desarrollo del nematodo C. elegans. Para ello, inyectaron mol¨¦culas de ARN complementario al ARNm del gen que quer¨ªan silenciar (antisense) en las c¨¦lulas del gusano. Esta t¨¦cnica era por lo general muy inconsistente y los efectos producidos muy modestos. En sus experimentos, ni el uso de antisense ni el de la secuencia complementaria a ¨¦ste (sense) produjeron efecto alguno. Inesperadamente, una mezcla de sense y antisense, en donde estas dos especies moleculares de cadena sencilla hab¨ªan hibridado formando un ARN de doble cadena (ARNdc), produjo la ablaci¨®n casi completa de la expresi¨®n del gen diana.

En su art¨ªculo original, Fire y Mello demuestran que es posible el silenciamiento espec¨ªfico de un gen mediante la introducci¨®n en la c¨¦lula de ARNdc que contiene la secuencia hom¨®loga. Adem¨¢s, proponen que este fen¨®meno es mediado por un mecanismo end¨®geno natural, que tiene como consecuencia la degradaci¨®n del ARNm y que es usado por la c¨¦lula para controlar la expresi¨®n g¨¦nica. Finalmente, sugieren una conexi¨®n entre este mecanismo y el fen¨®meno descrito en plantas.

La publicaci¨®n de este estudio tuvo una excepcional repercusi¨®n en la comunidad cient¨ªfica. En menos de un a?o se document¨® la presencia de ARNi en una gran diversidad de organismos modelo, incluyendo la mosca del vinagre, tripanosomas, planaria, hidra y pez-cebra. Los estudios en mam¨ªferos sufrieron unos a?os de retraso debido a que la introducci¨®n de fragmentos ARNdc mayores de 30 nucle¨®tidos en estas c¨¦lulas activa una reacci¨®n fisiol¨®gica que origina la muerte celular. Finalmente, el descubrimiento de que secuencias m¨¢s cortas inducen ARNi sin producir toxicidad demostr¨® la generalidad de este fen¨®meno entre los organismos eucariotas, siendo la ¨²nica notable excepci¨®n la levadura S. cerevisiae.

Durante los a?os siguientes, una gran parte de la maquinaria celular b¨¢sica relacionada con el ARNi fue identificada. Ahora sabemos que el ARNdc es procesado por la enzima Dicer en fragmentos peque?os, de 19 a 21 nucle¨®tidos, y que estos fragmentos se unen a un complejo de prote¨ªnas denominado RISC (del ingl¨¦s RNA-Induced Silencing Complex) que reconoce y degrada el ARNm hom¨®logo al ARNdc.

Paralelamente a la caracterizaci¨®n de sus componentes, tambi¨¦n se han desvelado algunas de las funciones naturales que el ARNi ejerce en la c¨¦lula. As¨ª, se ha identificado una clase de ARNdc producidos de forma end¨®gena, los microARNs, que regulan los niveles de expresi¨®n g¨¦nica de, al menos, el 30% de todo el genoma. Adem¨¢s, el ARNi ha sido implicado en la respuesta defensiva de la c¨¦lula tras una infecci¨®n viral y en el mantenimiento de la estabilidad gen¨®mica mediante el silenciamiento de los elementos gen¨¦ticos m¨®viles (transposones).

Aunque la identificaci¨®n de este nuevo mecanismo celular es una raz¨®n de peso para la concesi¨®n del Premio Nobel de Medicina, este reconocimiento les ha llegado a sus descubridores inusualmente pronto, tan s¨®lo ocho a?os despu¨¦s de su publicaci¨®n. La raz¨®n para ello es que este descubrimiento ha posibilitado el desarrollo de herramientas gen¨¦ticas con la capacidad de silenciar cualquier gen del genoma que se desee.

Tras la secuenciaci¨®n completa de varios genomas, incluido el humano, los investigadores nos encontramos ante el reto de asignar una funci¨®n a todos los genes identificados. La tecnolog¨ªa derivada del ARNi ha revolucionado la forma en que la funci¨®n g¨¦nica es analizada. De una manera sencilla y eficiente ahora podemos realizar estudios denominados de p¨¦rdida de funci¨®n en donde ARNdc dise?ados artificialmente son introducidos en la c¨¦lula para silenciar un gen determinado. Esta tecnolog¨ªa representa una oportunidad ¨²nica para identificar genes implicados en cualquier proceso biol¨®gico o enfermedad. Adem¨¢s, debido a su sencillez, estos estudios pueden ser realizados en miles de genes a la vez, d¨¢ndonos una perspectiva global del problema biol¨®gico que se estudia. Aparte de su incuestionable relevancia como herramienta de investigaci¨®n, esta tecnolog¨ªa est¨¢ empezando a ser aplicada a la biomedicina, en donde est¨¢ levantando una gran expectaci¨®n. As¨ª, se trabaja para que en un futuro pueda usarse para silenciar, por ejemplo, genes alterados en enfermedades tumorales, genes virales en pacientes seropositivos, o los genes causantes de elevados niveles de colesterol en sangre.

En resumen, el descubrimiento del ARNi ha expandido enormemente el conocimiento cient¨ªfico sobre los mecanismos implicados en la regulaci¨®n g¨¦nica. Adem¨¢s, el desarrollo de tecnolog¨ªas basadas en el ARNi nos ha equipado a los investigadores con poderos¨ªsimas herramientas experimentales para estudiar la funci¨®n g¨¦nica. La adaptaci¨®n de esta tecnolog¨ªa a la biomedicina, aunque a¨²n en desarrollo, ha abierto expectativas terap¨¦uticas sin precedentes.

Jos¨¦ Mar¨ªa Silva Leal es investigador en Cold Spring Harbor Laboratory, Nueva York.