Los editores de Hollywood de la vieja escuela cortan cuadros de celuloide no deseados y los arreglan en los cuadros deseados para hacer una película. El cuerpo humano hace algo similar, billones de veces por segundo, a través de un proceso de edición bioquímico llamado empalme de ARN (ácido ribonucleico). En lugar de cortar celuloide, edita al ARN mensajero (ARNm) que es el modelo para producir muchas de las proteínas que se encuentran en las células.
Al respecto, un colega, ingeniero químico, nos envía el presente artículo publicado el 25 de julio de 2019, en el boletín digital de la University of California en San Diego (UC-San Diego) donde se informa que Navtej Toor y Daniel Haack, bioquímicos de esta universidad, en su exploración de los orígenes evolutivos y la historia del empalme de ARN y el genoma humano, combinaron imágenes bidimensionales (2-D) de moléculas individuales para reconstruir una imagen tridimensional (3-D) de una porción de ARN, lo que los científicos llaman intrones del grupo II. Al hacerlo, descubrieron un movimiento molecular a gran escala asociado con la catálisis de ARN que proporciona evidencia del origen del empalme de ARN y su papel en la diversidad de la vida en la Tierra. Su investigación innovadora se describe en la edición actual de “Cell”.
"Estamos tratando de entender cómo ha evolucionado el genoma humano a partir de antepasados primitivos. Cada gen humano tiene marcos no deseados que no son codificantes y deben eliminarse antes de la expresión génica. Este es el proceso de empalme de ARN", declaró Toor, un Profesor Asociado del Departamento de Química y Bioquímica de la UC-San Diego, quien agregó que el 15 por ciento de las enfermedades humanas son el resultado de defectos en este proceso.
Toor explicó que su equipo trabaja para comprender los orígenes evolutivos del 70 por ciento del ADN humano, una porción compuesta por dos tipos de elementos genéticos, que se cree que evolucionaron a partir de intrones del grupo II. Específicamente, los intrones “spliceosomales”, que constituyen aproximadamente el 25 por ciento del genoma humano, son secuencias no codificantes que deben eliminarse antes de la expresión génica. El otro 45 por ciento está compuesto por secuencias derivadas de lo que se llama retroelementos. Estos son elementos genéticos que se insertan en el ADN y saltan alrededor del genoma para replicarse a través de un intermediario de ARN.
"Estudiar los intrones del grupo II nos da una idea de la evolución de una gran parte del genoma humano", señaló Toor.
Al trabajar con la nanomáquina de ARN del intrón del grupo II, Toor y Haack, un erudito estudiante postdoctoral en la UC-San Diego y también primer autor del artículo, pudieron aislar los complejos de intrón del grupo II de una especie de alga azul-verde que vive a altas temperaturas.
"El uso de un intrón del grupo II de un organismo de alta temperatura facilitó la determinación de la estructura debido a la estabilidad innata del complejo de esta especie", dijo Haack. "La evolución de este tipo de empalme de ARN probablemente condujo a la diversificación de la vida en la Tierra".
Hack explicó además que él y Toor descubrieron que el intrón del grupo II y el spliceosoma comparten un mecanismo dinámico común de mover sus componentes catalíticos durante el empalme de ARN.
"Esta es la evidencia más fuerte hasta la fecha de que el spliceosoma evolucionó de un intrón bacteriano del grupo II", dijo.
Además, los hallazgos revelan cómo los intrones del grupo II pueden insertarse en el ADN a través de un proceso llamado retrotransposición. Este proceso de copiar y pegar ha dado lugar a la proliferación de retroelementos egoístas en el ADN humano para comprender una gran parte del genoma.
"La replicación de estos retroelementos ha jugado un papel importante en la configuración de la arquitectura del genoma humano moderno e incluso se ha implicado en la especiación de los primates", señaló Toor.
Los investigadores utilizaron microscopía crioelectrónica (cryo-EM) para extraer una estructura molecular del intrón del grupo II. Congelaron el ARN en una capa de hielo delgado y luego dispararon electrones a través de esta muestra. Según los científicos, el microscopio electrónico puede ampliar la imagen 39,000 veces. Las imágenes en 2-D resultantes de moléculas individuales se juntaron para obtener una vista en 3-D del intrón del grupo II.
"Esto es como la arqueología molecular", describió Haack. "Los intrones del Grupo II son fósiles vivos que nos dan una idea de cómo la vida compleja evolucionó por primera vez en la Tierra".
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