Alrededor del 70 por ciento del genoma humano no codifica nada. Cuando se transcribe a ARN, las instrucciones que siguen nuestras células cuando producen proteínas, la mayor parte del mensaje no contiene información útil. Como dijo el investigador de la Universidad de West Virginia, Aaron Robart, es "ADN basura".

Robart está estudiando cómo las células catalizan la eliminación de esta basura no codificante para dar sentido al ARN que queda. Para hacerlo, usará bacterias que prosperan en aguas termales. Los Institutos Nacionales de Salud le otorgaron $ 1.6 millones para el proyecto de cinco años.

Sus hallazgos pueden profundizar lo que sabemos sobre los trastornos relacionados con alteraciones en la expresión genética, como la diabetes y el cáncer, y revelar más sobre la evolución del genoma humano.

Conociendo a nuestros ancestros bacterianos

"Se cree que la vida en la tierra se originó con ARN catalítico, "dijo Robart, profesor asistente de bioquímica en la Facultad de Medicina. "Antes de que existieran las proteínas, antes de que existiera el ADN, antes de que hubiera celdas, El ARN se estaba plegando en un complejo, estructuras tridimensionales y descubrir la química de la vida ".

Este proceso primitivo todavía subyace en cómo las células ponen orden en el ARN codificante y no codificante en la actualidad, si esas células son parte de un ser humano, una hiena, una hortensia o una bacteria Helicobacter. Al examinar cómo los organismos simples realizan esta tarea, Científicos como Robart pueden extrapolar sus hallazgos y comprender mejor cómo las formas de vida más complejas, incluidos nosotros, lo hacen, también.

"Dentro de tus células, El ADN es tu copia maestra. Se transcribe a un plano funcional de ARN, y luego el ARN se usa como instrucciones para producir proteínas. El único problema es, las instrucciones están algo revueltas. Los exones son fragmentos de ARN que se leen como instrucciones para producir proteínas. Sin embargo, con frecuencia son interrumpidos por intrones no codificadores, "Dijo Robart.

Él compara el proceso con un gato que camina sobre su teclado mientras escribe algo. Las palabras que ha escrito son exones; la tontería que tu gato "tipifica" son los intrones.

Antes de que sus células puedan siquiera intentar hacer lo que les dice el ARN, deben eliminar estos intrones y unir los exones para formar un conjunto coherente de instrucciones. Una elaborada máquina molecular llamada espliceosoma realiza esta tarea, que, en los seres humanos, implica muchos ARN diferentes y cientos de proteínas.

Los intrones catalíticos primitivos de las bacterias operan de manera similar a nuestra propia maquinaria de empalme, aunque de una manera menos complicada. Son los antepasados ​​de los espliceosomas que actúan en nuestras propias células. "Ves sus huellas dactilares en todas las maquinarias esenciales que impulsan nuestras funciones celulares. Usamos estos fósiles moleculares para darnos información sobre el núcleo catalítico que alimenta estas máquinas, "Dijo Robart.

Un sustituto poco probable de las células humanas:las bacterias de las aguas termales

Robart utilizará una especie exótica, bacterias amantes del calor como modelo. La especie es ventajosa porque produce enzimas altamente activas y estables que empalman y reconfiguran el ARN.

"Pasamos aproximadamente un año y medio probando docenas de ejemplos diferentes para encontrar algunas especies que tuvieran proteínas que pudieran modificarse para la purificación de sistemas de sobreexpresión en niveles altos". porque necesitamos mucha proteína para intentar hacer la cristalización, ", dijo." Hemos descubierto una de las enzimas más activas de esta clase, de una bacteria termófila que prospera en aguas termales ".

Después de cultivar y aislar proteínas y ARN en grandes volúmenes, él y su equipo analizarán los procesos bioquímicos que ocurren dentro de las células a medida que se empalman los intrones, liberado y desmontado. También controlarán de forma remota la fuente de fotones avanzada del Laboratorio Nacional Argonne, que someterá las moléculas cristalizadas a ultrabrillantes, Rayos X de alta energía:para capturar instantáneas de la química del proceso en acción y aprender sobre los mecanismos moleculares detrás de él.

Robart y su equipo no solo obtendrán información sobre cómo el espliceosoma escinde el ARN no codificante, pero también discernirán cómo se propaga el ADN basura insertándolo en otra parte del genoma. Es como si, en lugar de eliminar el galimatías que su gato insertó en su documento, lo copia y pega en otro párrafo.

Este proceso, llamado retrotransposición, puede ser la base de varias condiciones que surgen de mutaciones genéticas. "Es una función impulsora de la evolución del genoma y también de la enfermedad, "Las mutaciones espontáneas surgen de estos procesos que están en curso en nosotros todo el tiempo", dijo Robart.

Aunque su proyecto no aborda ninguna enfermedad o tratamiento, lo que descubra puede sentar las bases para el desarrollo de terapias basadas en ARN destinadas a controlar los cambios subyacentes en la expresión génica que se encuentran en muchas enfermedades.

"Estamos tratando de comprender los fundamentos, ", Dijo Robart." No puedes intentar arreglar algo hasta que entiendas cómo funciona ".