Las moléculas de ARN mensajero contienen información genética y, por lo tanto, controlan la síntesis de proteínas en las células vivas. Bioquímicos de la Universidad de Bayreuth y la Universidad de Bonn han descubierto ahora una forma de regular este proceso que es fundamental para la expresión genética:ciertas actinobacterias contienen una proteína que se une a moléculas de ARN bajo luz azul y, por lo tanto, puede desactivarlas. En principio, por lo tanto, es posible activar y desactivar la síntesis de proteínas controlada por ARN a través de la luz, no solo en bacterias, sino también en células de mamíferos e incluso humanas. Los hallazgos publicados en Biología química de la naturaleza son la base de un nuevo campo de investigación:la optoribogenética.

Por un tiempo, Se han utilizado señales luminosas para alterar la transcripción de información genética y, en consecuencia, la síntesis de proteínas dirigida por moléculas de ARN (ácido ribonucleico), a nivel de ADN. Este enfoque es parte de la optogenética y ahora es un método bien establecido de biología molecular y celular. Sin embargo, El nuevo estudio muestra ahora por primera vez un mecanismo mediante el cual la luz puede influir en la interacción entre el ARN y proteínas específicas. Por tanto, la expresión génica en bacterias puede controlarse directamente a nivel de moléculas de ARN.

Los investigadores dirigidos por el Prof. Dr. Andreas Möglich en Bayreuth y el Prof. Dr. Günter Mayer en Bonn han demostrado que este mecanismo se puede transferir a células de mamíferos. "En los próximos años, Extenderemos la regulación controlada por luz a varios procesos celulares que involucran ARN. Las herramientas resultantes, que no han estado disponibles hasta la fecha, avanzará enormemente en la investigación de los procesos celulares centrales. La piedra fundamental de la optoribogenética, un nuevo complemento a la optogenética, ahora ha sido puesto, "dice el Prof. Dr. Andreas Möglich.

Busque una proteína candidata que reaccione a la luz

El punto de partida del trabajo de investigación fue la búsqueda de una proteína fotorreceptora bacteriana capaz de cambiar su propio comportamiento de unión en relación con el ARN bajo la influencia de la luz. Los científicos buscaron en las bases de datos de secuencias existentes y encontraron lo que estaban buscando. Las bacterias de la especie Nakamurella multipartita contienen una proteína con una llamativa arquitectura tripartita:tres secciones o "dominios" diferentes llamados "PAS, "" ANTAR "y" LOV, "están ordenados uno tras otro en una secuencia inusual.

Como se pudo demostrar en cooperación con el grupo de investigación del Prof.Dr. Robert Bittl en Freie Universität Berlin, el dominio del fotosensor de LOV reacciona a la luz azul y transmite las señales al dominio ANTAR. El dominio ANTAR luego cambia su estructura para que las moléculas de ARN se unan y, por lo tanto, se vuelvan inaccesibles:ya no están disponibles para la expresión génica y la información genética contenida en ellas ya no se utiliza para la síntesis de proteínas.

Solo cuando cesa la irradiación de la luz azul, y el dominio ANTAR vuelve a su estructura normal, ¿Se detiene la interacción con el ARN? Ahora el ARN vuelve a activarse. Los investigadores primero establecieron y demostraron este proceso utilizando aptámeros de ARN. Estas son pequeñas moléculas de ARN con una estructura en forma de horquilla que pueden ingresar a la estructura del dominio ANTAR, que se abre bajo luz azul, y están atados allí. Mayer:"Los aptámeros funcionan de manera modular:se pueden vincular a otras unidades como un sistema de bloques de construcción".

Los científicos también probaron su nuevo enfoque de investigación en células eucariotas en las que previamente habían introducido la proteína bacteriana y los aptámeros de ARN. En estas celdas, también, los cambios estructurales provocados por la luz azul conducen a que las moléculas de ARN mensajero se unan a la proteína y, en este estado, suspender la expresión génica. "Ahora tenemos un interruptor de luz con el que la actividad celular de diferentes moléculas de ARN se puede activar y desactivar específicamente, "explica el Prof. Dr. Günter Mayer del Instituto LIMES de la Universidad de Bonn.

Su colega de Bayreuth, Prof. Dr. Andreas Möglich, añade:"El enfoque del control regulado por luz puede, en principio, transferirse a muchos otros procesos basados ​​en ARN, como el procesamiento de micro-ARN y el fenómeno asociado de silenciamiento génico ". En estudios posteriores, los dos científicos y sus grupos de investigación esperan investigar hasta qué punto el mecanismo recién descubierto se puede utilizar en organismos modelo para controlar la expresión génica y otros procesos.