ARN mensajero

El ARN mensajero o ARNm (en inglés mRNA) es el ácido ribonucleico que transfiere el código genético ("comunica la información genética") procedente del ADN del núcleo celular a un ribosoma en el citoplasma, es decir, el que determina el orden en que se unirán los aminoácidos de una proteína y actúa como plantilla o patrón para la síntesis de dicha proteína.​ Se trata de un ácido nucleico monocatenario, al contrario del ADN.

A pesar de que la mayoría de los ARNm eucarióticos son monocistrónicos, es decir, contienen información para una sola cadena polipeptídica, estudios recientes han demostrado que ciertos genes eucarióticos organizados en grupos se transcriben como policistrónicos al igual que en los organismos procariotas. Los ARNm policistrónicos codifican más de una proteína.​

Procesamiento del ARN mensajero en células eucariotas

Estructura química de la caperuza o casquete

El ARN mensajero obtenido después de la transcripción se conoce como ARN transcrito primario o ARN precursor o pre-ARN, que en la mayoría de los casos no se libera del complejo de transcripción en forma totalmente activa, sino que ha de sufrir modificaciones antes de ejercer su función (procesamiento o maduración del ARN). Entre esas modificaciones se encuentran la eliminación de fragmentos (splicing), la adición de otros no codificados en el ADN y la modificación covalente de ciertas bases nitrogenadas. Concretamente, el procesamiento del ARN en eucariontas comprende diferentes fases:

1. Adición al extremo 5' de la estructura denominada caperuza o casquete (o CAP, su nombre en inglés), que es un nucleótido modificado de guanina, la 7-metilguanosina trifosfato, que se añade al extremo 5' de la cadena del ARNm transcrito primario (ubicado aún en el núcleo celular) mediante un enlace enlace trifosfato 5'-5', en lugar del enlace 3',5'-fosfodiéster habitual.​ Esta caperuza es necesaria para el proceso normal de traducción del ARN y para mantener su estabilidad; esto es fundamental para el reconocimiento y el acceso apropiado del ribosoma.
2. Poliadenilación: es la adición al extremo 3' de una cola poli-A, una secuencia larga de poliadenilato, es decir, un tramo de ARN cuyas bases son todas adenina. Su adición está mediada por una secuencia o señal de poliadenilación (AAUAAA), situada unos 11-30 nucleótidos antes del extremo 3' original. Esta cola protege al ARNm frente a la degradación, y aumenta su vida media en el citosol, de modo que se puede sintetizar mayor cantidad de proteína.
3. En la mayoría de los casos, el ARN mensajero sufre la eliminación de secuencias internas, no codificantes, llamadas intrones. Esto no ocurre en células procariontes, ya que estas no poseen intrones en su ADN. El proceso de retirada de los intrones y conexión o empalme de los exones se llama ayuste o corte y empalme (en inglés, splicing). A veces un mismo transcrito primario o pre-ARNm se puede ayustar de diversas maneras, y permite que con un solo gen se obtengan varias proteínas diferentes; a este fenómeno se le llama ayuste alternativo. Ciertas enzimas parecen estar involucradas en la edición del ARN antes de su exportación fuera del núcleo, intercambiando o eliminando nucleótidos erróneos. Por esta razón, es posible decir que el plegamiento que sufre el ARNm momentos antes de la eliminación de los intrones le confiere una estructura secundaria que perderá, a su vez, en el momento en el que esos intrones sean eliminados.
4. El ARN mensajero maduro es trasladado al citosol de la célula, en el caso de los organismos eucariontes, a través de poros de la envoltura nuclear.
5. Una vez en el citoplasma, se acoplan al ARNm los ribosomas, que son la maquinaria encargada de la síntesis proteica. En procariontes, la unión de los ribosomas ocurre mientras la cadena de ARNm está siendo sintetizada.
6. Después de cierta cantidad de tiempo, el ARNm se degrada en sus nucleótidos componentes, generalmente con la ayuda de ribonucleasas.

ARN mensajero en células procariotas

El proceso de transcripción y el de traducción se realizan de manera similar que en las células eucariotas. La diferencia fundamental está en que, en las procariotas, el ARN mensajero no pasa por un proceso de maduración y, por lo tanto, no se le añade caperuza ni cola ni se le quitan intrones. Además, no tiene que salir del núcleo como en las eucariotas, porque en las células procariotas no hay un núcleo definido.

ARN mensajeros monocistrónicos y policistrónicos

• ARNm monocistrónico: solo tiene un codón de inicio AUG, que es reconocido por los ribosomas para iniciar la traducción, por lo que solo da lugar a una proteína. Se dice que lleva la información de un único gen. Es habitual en eucariotas.
• ARNm policistrónico: tiene varios codones de inicio AUG (por lo que también harán falta varios codones de paro para detenerlos, a menos que tengan solapado el código de lectura y vayan de 3 en 3, en cuyo caso un solo codón de paro podría detenerlos todos), por lo que da lugar a varias proteínas. Se dice que lleva información de varios genes. Es habitual en procariotas.

ARN mensajero se localiza en lugar de proteínas

El transporte del ARNm en lugar de proteínas presenta varias ventajas significativas para una célula:

1. Los costos de transporte se reducen, ya que varias moléculas de proteínas pueden ser traducidas a partir de una sola de ARNm.
2. El transporte del ARNm puede impedir que las proteínas actúen ectopicamente antes de que lleguen al sitio apropiado, es que es importante en el caso de los determinantes maternos, ya que la expresión inapropiada altera el patrón embrionario.
3. La traducción localizada puede facilitar la incorporación de proteínas en complejos macromoleculares mediante la generación de altas concentraciones de proteínas locales y la co-traducción de diferentes subunidades.
4. La proteínas nacientes pueden tener propiedades distintas de las proteínas preexistentes, en virtud de modificaciones en virtud de modificaciones postraduccionales o mediante vías de plegado ayudado por las chaperonas.
5. Se puede afinar la expresión génica en el espacio y el tiempo.

Como ejemplo se encuentran la orientación de diferentes empalmes a distintos comportamientos celulares y la activación de la traducción localizada del ARNm específicamente en su destino, en respuesta a señales tales como señales de guía, liberación de neurotransmisores o fertilización. ​

Regulación de la Estabilidad del ARN mensajero en células de mamíferos

Por lo regular la célula coordina la degradación o estabilización de varios subconjuntos funcionales de los ARNm que codifican las proteínas necesarias para el metabolismo biológico de los mamíferos. También se pueden dar estímulos tanto intrínsecos como extrínsecos los cuales activan vías de transducción de señales que modifican los distintos mecanismos de descomposición del ARNm.

Las tasas de degradación del ARN mensajero cambian a menudo por respuesta a un estimulo, con lo que rápidamente aumenta o disminuye la cantidad de ARNm para satisfacer las necesidades de una célula en función de las proteínas individuales que se codifican.

Existen muchas proteínas implicadas en la degradación del ARN mensajero las cuales se concentran en lugares estratégicos del citoplasma y se denominan cuerpos de procesamiento (P-bodies) las transcripciones enteras de P-bodies pueden salir del citoplasma y volver a los polirribosomas para la traducción.

Existen numerosas vías de señalización que regulan la degradadcion del ARN mensajero, una de las principales es la AUF1 la cual es una vía que se encuentra sujeta a la fosforilación de tirosina por acción de la enzima quinasa NPM-ALK (una proteína expresada en un subconjunto de linfosomas). La hiperfosforilación de AUF1 contribuye a una mayor estabilidad de los ARNm que codifican numerosas ciclinas as como la oncoproteína MYC ​.

Se ha visto que ARN's no codificante se ven inmersos en procesos de la degradación del ARN mensajero. un ejemplo claro son micro ARNy ARN de interferencia los cuales forman aproximadamente el 3% de todos los genes humanos y que se encargan de regular la expresión génica mediante el control de la traducción y degradación del ARNm.

Enfermedades por Splicing crípticos y ARNm

Considerando la importancia fundamental del proceso de Splicing para la expresión génica en organismos complejos y la prevalencia y función biológica de la regulación del Splicing alternativo, no es de extrañar que alteraciones en estos procesos sean causa de enfermedades genéticas. Se ha estimado que alrededor del 15% de las enfermedades hereditarias tienen su origen en la alteración de las secuencias necesarias para distinguir las fronteras entre los exones e intrones​ . Estas secuencias se denominan sitios de Splicing 5’ (las que definen el final de un exón y el principio del siguiente intrón) y sitios de Splicing 3’ (las que definen el final de un intrón y el principio del siguiente exón). Por ejemplo, la mutación de sitios de Splicing o la activación de sitios de Splicing crípticos en intrones del gen de la beta globina es una causa frecuente de una las primeras enfermedades genéticas identificadas, la beta-talasemia. La activación de sitios crípticos resulta en ARN mensajeros con alteraciones en la pauta de lectura que dan lugar a proteínas truncadas no funcionales​.

Otro ejemplo de la activación de sitios de Splicing crípticos con consecuencias patológicas se encuentra en la mutación más frecuente encontrada en pacientes con el síndrome de envejecimiento prematuro conocido como Progeria de Hutchinson-Gilford. En este caso la activación de un sitio de Splicing 5’ dentro de uno de los exones del gen de la lamina A produce un ARN mensajero cuya traducción produce una proteína con una delección interna de 50 aminoácidos que tiene efectos drásticos sobre la estructura del núcleo celular y la estabilidad cromosómica ​.

Véase también

• Ácido ribonucleico ribosómico
• ARN de transferencia
• codón
• IRES

Enlaces externos

• Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre ARN mensajero.