¿Qué sucede en una célula cuando la información genética se traduce en proteínas? Para estudiar este proceso, Los investigadores estudian una biomolécula particular dentro de la célula:el ácido ribonucleico mensajero, ARNm para abreviar. Esta biomolécula juega un papel importante en todos los procesos celulares, y también es el foco de la investigación conjunta que llevan a cabo dos grupos en el Clúster de Excelencia Cells-in-Motion de la Universidad de Münster. Uno de los grupos está formado por bioquímicos y está encabezado por la Prof. Andrea Rentmeister; el otro está integrado por biólogos moleculares y está dirigido por el Dr. Sebastián Leidel.

En su colaboración interdisciplinar, los investigadores han logrado por primera vez etiquetar quimioenzimáticamente un cambio importante en el ARN mensajero, la denominada modificación m6A, y posteriormente detectarlo mediante métodos biológicos moleculares modernos. "Este nuevo enfoque nos permite localizar modificaciones en el ARNm con un mayor grado de precisión que nunca, "dice Andrea Rentmeister, un profesor del Cluster of Excellence que dirigió el estudio. Saber dónde y en qué medida ocurren las modificaciones de m6A podría ayudar a los investigadores a comprender esta modificación en los procesos fisiológicos y patológicos. El estudio ha sido publicado en la Angewandte Chemie Revista (Edición Internacional).

La información genética del ADN se transcribe en ARN mensajero en un proceso conocido como transcripción. Después de la transcripción, El ARNm transporta la información genética del núcleo celular al citoplasma. Allí, sirve como guía para la producción de proteínas. Las proteínas son los caballos de batalla que realizan todas las tareas celulares.

Como el ADN de doble hebra, El ARN monocatenario consta de una cadena de los denominados nucleótidos. En ARN, sin embargo, También hay muchos cambios químicos en estos nucleótidos, conocidos como modificaciones de ARN. Estas modificaciones ocurren después de que se haya leído la información genética. En el proceso, Los arreglos atómicos simples, los grupos metilo, están unidos a los nucleótidos. "Una modificación que actualmente se debate acaloradamente es la N6-metiladenosina, conocido como m6A para abreviar, "dice Andrea Rentmeister. Esta modificación es muy interesante porque parece ser responsable de una serie de procesos biológicos, incluido el reloj circadiano. También parece jugar un papel en los procesos patológicos, por ejemplo, en algunas formas de cáncer o en infecciones virales.

Los bioquímicos etiquetaron las modificaciones del ARN quimioenzimáticamente

Para obtener una mejor comprensión de m6A, los investigadores buscaron encontrar exactamente en qué lugar del ARNm se ubicaba la modificación. Para etiquetar moléculas, Los biólogos suelen utilizar anticuerpos que se adhieren a él. Este método tiene sus limitaciones, sin embargo; los anticuerpos pueden unirse no solo a las modificaciones del ARNm, sino también a los nucleótidos vecinos. Esto dificulta la localización precisa de las modificaciones. "Ahora queríamos realizar el etiquetado con un enfoque químico, "Explica Andrea Rentmeister. Por primera vez, ella y su equipo usaron grupos propargilo, un residuo de hidrocarburo ligeramente más largo.

Los investigadores acoplaron los grupos propargilo al cosustrato de la enzima, y combinó los tres componentes con moléculas de ARNm en el tubo de ensayo. En su estructura química, propargyl es similar a una molécula natural unida por una metiltransferasa. Las metiltransferasas por su parte son enzimas que se encargan de la modificación del ARNm. Por lo tanto, las metiltransferasas pudieron transferir el grupo propargilo al ARN. Usando la llamada química de clic, los científicos pudieron aislar y purificar el ARN con grupos propargilo.

Los biólogos moleculares detectaron modificaciones de ARN utilizando la secuenciación de próxima generación

Para detectar las modificaciones específicamente etiquetadas, los investigadores utilizaron una enzima especial para volver a transcribir el ARNm en ADN. La hebra de ADN resultante es una copia del ARN anterior y se puede investigar mediante métodos de biología molecular. Los investigadores secuenciaron esta hebra de ADN recién sintetizada, leyendo las secuencias de nucleótidos. Usaron secuenciación de próxima generación, lo que les permitió determinar las secuencias de nucleótidos de manera extremadamente eficiente. "Este método nos permite analizar miles de secuencias en paralelo, "explica Sebastián Leidel.

Debido a que los investigadores habían etiquetado las modificaciones con los grupos propargilo, las enzimas necesarias para la reescritura del ARN detenido. Como resultado, no pudieron volver a transcribir el ARN en ADN. "Las enzimas cesaron cualquier actividad en los sitios marcados y generaron algún tipo de señal de parada, "dice Katja Hartstock, químico y autor principal de la historia. Los investigadores pudieron determinar estas señales de parada durante la secuenciación, lo que significaba que podían detectar los sitios en los que se produjo la modificación del ARNm.

Después de los experimentos iniciales en el tubo de ensayo, los investigadores aplicaron su nuevo método en un cultivo de células epiteliales humanas:células HeLa. Los investigadores alimentaron las células con un llamado precursor de aminoácidos marcado con propargilo, que las células "comieron, "y posteriormente comenzó el etiquetado. Como ya se estableció en el tubo de ensayo, los grupos propargilo se unieron al ARN con la ayuda de metiltransferasas y permitieron la detección de los sitios de modificación del ARNm mediante secuenciación de próxima generación.

El siguiente paso que los investigadores quieren dar es aplicar su método a los organismos vivos para estudiar la importancia de la modificación dentro de su desarrollo. El pez cebra es muy adecuado para este propósito, ya que se desarrolla muy rápido y, por lo tanto, las modificaciones se transcriben más rápido y también se eliminan de nuevo más rápido.