Tres tipos principales de ARN están involucrados en la síntesis de proteínas: ARN mensajero (ARNm), ARN de transferencia (ARNt) y ARN ribosomal (ARNr). Estos ARNs realizan diversas funciones y pueden clasificarse ampliamente como ARN de codificación de proteínas o no codificantes.Los ARNs no codificantes desempeñan un papel importante en la regulación de la expresión génica en respuesta a los cambios en el desarrollo y el medio ambiente. Los ARNs no codificantes en los prokaryotes pueden ser manipulados para desarrollar fármacos antibacterianos más eficaces para uso humano o animal.
El dogma central de la biología molecular afirma que el ADN contiene la información que codifica proteínas y el ARN utiliza esta información para dirigir la síntesis de proteínas. Diferentes tipos de ARN están involucrados en la síntesis de proteínas. En función de si codifican o no proteínas, el ARN se clasifica ampliamente como ARN codificador de proteínas o no codificante.
El ARN mensajero (ARNm) es el ARN que codifica proteínas. Consiste en codones, secuencias de tres nucleótidos que codifican un aminoácido específico. El ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosomal (ARNr) son ARNs no codificantes. El ARNt actúa como una molécula adaptadora que lee la secuencia de ARNm y coloca los aminoácidos en el orden correcto en la cadena de polipéptidos en crecimiento. El ARNr y otras proteínas componen el ribosoma, el asiento de la síntesis de proteínas en la célula. Durante la traducción, los ribosomas se mueven a lo largo de una hebra de ARNm donde estabilizan la unión de moléculas de ARNm y catalizan la formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos. Por lo tanto, diferentes tipos de ARNs realizan funciones específicas pero complementarias durante la síntesis de proteínas.
Los ARNs no codificantes distintos del ARN y el ARNr se consideraron inicialmente como “basura genómica”, ya que no codificaban proteínas. Sin embargo, sus funciones en la regulación de la expresión génica fueron descubiertas en las últimas décadas y continúan siendo ampliamente investigadas. En función de su longitud, los ARNs no codificantes pueden clasificarse como pequeños ARNs reglamentarios ( 200 nucleótidos).
Tanto los pequeños ARNs reguladores como los largos ARNs no codificantes regulan la expresión génica al alterar varias etapas de transcripción y traducción. Los ARNs no codificantes afectan el empalme de ARN: eliminación de segmentos no codificantes de proteínas y unión de las secuencias de codificación de proteínas. De esta manera, controlan la formación de diferentes variantes proteicas a partir de un solo gen. Los ARNs reguladores pequeños, como los microARNs (miARNs) y los pequeños ARNs interferentes (ARNips), se unen a secuencias complementarias sobre el ARNm e inhiben la síntesis de proteínas, ya sea bloqueando el acceso de la maquinaria de traducción al ARNm o degradando el ARNm en sí. Los ARNs largos no codificantes interactúan y reclutan enzimas que modifican químicamente el ADN y las histonas (proteínas que ayudan a empaquetar el ADN en el núcleo) para activar o reprimir la transcripción.
La regulación mediada por el ARN de la expresión génica está muy extendida en las bacterias. Las secuencias regulatorias en el ARNm, llamadas riboswitches, actúan como sensores ambientales mediante la detección de cambios en los niveles de temperatura y nutrientes.
La regulación basada en riboswitch depende de la formación de dos conformaciones mutuamente excluyentes y estables de la estructura secundaria del ARN. La estructura secundaria cambia entre las dos conformaciones para activar o desactivar la expresión génica en respuesta a los cambios ambientales. Por ejemplo, cuando la bacteria Listeria monocytogenes infecta a un huésped, la temperatura corporal más alta del huésped descompone la estructura secundaria en la región no traducible de 5′ del ARNm bacteriano. Esto expone un sitio de unión a ribosomas en el ARNm e inicia la traducción de proteínas, lo que permite a las bacterias vivir y crecer dentro del organismo huésped.
Algunos riboswitches detectan productos finales de vías metabólicas y sirven como controles de retroalimentación para la transcripción o traducción. Por ejemplo, el riboswitch pirofosfato de tiamina regula la biosíntesis de tiamina en bacterias. Cuando se ha sintetizado una concentración adecuada de tiamina, se une al riboswitch y cambia su conformación. Este cambio en la conformación bloquea el sitio de iniciación de la traducción y detiene la síntesis de proteínas.
Compuestos que se asemejan mucho a la tiamina en la estructura se están estudiando como posibles agentes antibacterianos. Estos medicamentos están destinados a unir el riboswitch en ausencia de tiamina y causar un cambio de forma que bloquea la traducción de proteínas necesarias para la biosíntesis de tiamina. Dado que las bacterias serán incapaces de producir este nutriente, dejará de crecer y eventualmente morirá. Como los riboswitches se encuentran más comúnmente en los prokaryotes que los eucariotas, los antibacterianos dirigidos a los riboswithes tendrían efectos adversos mínimos en los huéspedes de mamíferos.
