Silenciamiento de genes con interferencia de ARN

¿Qué es el ARNi?

Interferencia de ARN (ARNi) Es un mecanismo natural para controlar la expresión genética.¹ También se le conoce comúnmente como silenciamiento génico postranscripcional (PTGS).² Común a plantas, animales, hongos y algunas bacterias, se cree que la vía del ARNi es una vía evolutivamente antigua. mecanismo de defensa contra los virus.³ Después de descubrir el mecanismo de ARNi, los biólogos moleculares lo adaptaron como una herramienta para el silenciamiento de genes.⁴

¿Cómo funciona el ARNi?

El mecanismo natural de ARNi puede ser dirigido por cualquiera de los dos ARN de interferencia corto (ARNip) o microARN (miARN).¹ Hay cuatro pasos clave en la vía del ARNi.

1. Los precursores de ARN bicatenario (ARNds) de ARNip y miARN se unen a una proteína endoribonucleasa llamada Dicer, que los corta en secciones cortas de alrededor de 20 nucleótidos.³
2. Estos pequeños fragmentos de ARNbc se unen luego a una proteína Argonauta. Argonaute selecciona y mantiene una cadena del dsRNA como su cadena guía, formando el Complejo silenciador inducido por ARN (RISC).⁵
3. El hilo guía luego localiza y se une al objetivo complementario ARN mensajero (ARNm) mediante emparejamiento de bases Watson-Crick.¹
4. Una vez que el guía se haya emparejado con su objetivo, la acción variará según el tipo de guía. En el caso del miARN, RISC bloquea la traducción del ARNm. Si se guía por ARNip, RISC escinde la transcripción objetivo. Ambas acciones hacen que el ARNm se degrade posteriormente.⁶ Al escindir el ARNm objetivo o impedir su traducción a una proteína madura, el ARNi se activa de forma eficaz y específica. gen silencia expresión.⁷

Cuando el miARN actúa como guía para el ARNi, sólo una pequeña parte de la molécula, conocida como región de semillasse empareja con el objetivo, en lugar de con la secuencia completa de ~20 nucleótidos.¹ Esto significa que las guías de miARN pueden apuntar a cualquier ARNm con homología con su región semilla, incluso si el resto de la secuencia no coincide. Esta actividad de unión promiscua significa que el miARN puede actuar sobre muchos ARNm diferentes, silenciando potencialmente cientos de genes simultáneamente.

Por el contrario, cuando el ARNi está guiado por ARNip, la secuencia completa se empareja con la cadena objetivo con alta complementariedad. Esto a menudo da como resultado una coincidencia del 100 por ciento entre la guía y el objetivo, con muy poca actividad fuera del objetivo. Además, los ARNip inducen el silenciamiento de genes mediante guiar la metilación de histonas y ADNque inactiva la cromatina y reprime la transcripción.¹

Derribo de ARNi

Los científicos han aprovechado el ARNi en el laboratorio para silenciar selectivamente la expresión del gen dianauna técnica conocida como eliminación de genes.⁸ Al entregar ARNbc complementario al ARNm de un gen objetivo, los investigadores redirigen la vía del ARNi de sus funciones canónicas para escindir el objetivo y evitar su traducción. A diferencia de la eliminación de genes, que es completa y permanente, la eliminación de genes basada en ARNi es parcial y temporal.

Utilizando ARNi, los investigadores han realizado con éxito la eliminación de genes en una variedad de organismos y células, incluidos Líneas celulares de mamíferos, células primarias y células madre..⁹ Los investigadores de genómica funcional ahora utilizan comúnmente ARNi para desactivar genes y determinar su función, incluido su papel en las enfermedades.

La tecnología RNAi y sus componentes han obtenido dos Premios Nobel de Fisiología o Medicina. El primero fue otorgado en 2006 a Andrew Z. Fire y Craig Mello por su película de 1998. Naturaleza publicación, en la que utilizaron dsRNA para manipular la expresión genética en el organismo modelo Caenorhabditis elegans.¹⁰ El segundo fue otorgado en 2024 a Victor Ambros y Gary Ruvkin por su descubrimiento del miARN y su papel en el PTGS.

Aplicaciones de ARNi

Los investigadores utilizan la eliminación de genes basada en ARNi en una variedad de aplicaciones. En agricultura, los científicos emplean ARNi como método para controlar los patógenos de las plantascomo virus y hongos, y garantizar una producción agrícola más sostenible.¹¹ De manera similar, están desarrollando especies específicas, pesticidas amigables con el medio ambiente con tecnología de ARNi, por ejemplo, apuntando a genes esenciales en insectos plaga para causar mortalidad.¹²

Los científicos también utilizan ARNi para generar modelos de enfermedades y caracterizar funciones genéticas en muchas áreas de investigación médica diferentes, incluidas Enfermedades infecciosas, cáncer y trastornos neurodegenerativos..⁸ Alto rendimiento pantallas de ARNi de todo el genoma han permitido a los investigadores identificar muchos genes nuevos implicados en la patogénesis de enfermedades.⁹

Debido a que muchos trastornos genéticos son causados ​​por la sobreexpresión de genes particulares o la acumulación de transcripciones de ARNm tóxicas dentro de las células, los investigadores médicos también pueden aprovechar la ARNi para desarrollar nuevas terapias para estas enfermedades. Por ejemplo, el ARNi puede usarse potencialmente para tratar enfermedad de Huntingtonque es causada por una expansión repetida de trinucleótidos en un alelo del cazando gene.¹³ Al permitir la focalización específica de sólo las transcripciones de ARNm mutadaslas terapias basadas en ARNi agotan las transcripciones mutantes y dejan intactas las transcripciones no mutantes, que son cruciales para la función cerebral normal.¹³

En 2018, la FDA aprobó la primera terapia basada en ARNi, un fármaco conocido como Patisiran. Diseñado para tratar la amiloidosis hereditaria por transtiretina, Patisiran utiliza ARNip para dirigir la vía de ARNi para apuntar a la transtiretina (TTR) transcripciones de genes, que inhiben la producción de proteínas mutantes.¹⁴