Silenciamiento gènic

El silenciamiento gènic és un procés portat a terme en els organismes eucariotes, en diferents objectius, dins dels quals es destaquen la regulació de l'expressió i l'eliminació i el control de material genètic alié o extern (virus i transposones) que podria causar un dany a la cèlula. Existix una classificació que establix dos grans categories, el Silenciamiento Gènic Post-Transcripcional (PTGS) i el Silenciamiento Gènic Transcripcional (TGS), els quals es troben en tots els eucariotes, en certes variacions. El PTGS és un mecanisme que actua directament sobre el transcrito de ARN mensager, mentres que el TGS actua indirectament i va a establir un control que impedix la transcripció del ADN.

S'han reconegut diferents molècules i sistemes d'estes que s'encarreguen de silenciar l'expressió i es troben especialment en el PTGS. Dins d'estes molècules es troben proteïnes “Dicers”, argonautas, en activitat RNTorra, miRNA (micro ARN d'interferència), siRNA (ARN menut d'interferència) en variacions com nat-siRNA (induït durant situacions d'estrés) i ra-siRNA per a la transcripció de seqüències repetides. Adicionalment es troben complexos que s'acoplen en estos elements com els RISC (Complex de Silenciamiento induït per ARN) que actua a nivell citoplasmàtic acoplant siRNA produït, i el sistema RIST (Complex de Silenciamiento Transcripcional Induït per ARN) l'activitat del qual es localisa en el núcleu celular.

Ademés d'estes formes, s'han trobat atres nivells transcripcionales de regulació que no actuen sobre el ARNm, sino que modifiquen el ADN a través de processos de metilación que van a modificar la cromatina, establint dominis de silenciamiento als quals s'enllacen proteïnes SIR que eviten la transcripció. En les histona de el ADN també s'han detectat modificacions com poliadenilación, i deacetilación, l'efecte de les quals serà impedir l'unió de el ADN en proteïnes enlazantes.

El silenciamiento, no és un procés localisat, puix a través d'unions celulars com els plasmodesmos vegetals, hi ha un fluix dels elements ya mencionats, de modo que s'eixercix un efecte sistematisat. Una volta iniciat este procés, es manté el silenciamiento, i un mecanisme per a això és sintetisar secundariamente siRNA a través de ARN polimerasa ARN dependents (ARNdARNp). D'esta forma els canvis moltes voltes es prolonguen per un temps, i en alguns casos, com la modificació de la heterocromatina, són heretats.

Molècules Involucrades

Des del seu descobriment en 1995 per Guo i Kemphues, en el silenciamiento del gen parell-1 de C.elegans s'ha mantingut un estudi constant respecte als mecanismes naturals que es troben en una gran cantitat d'organismes i que estan involucrats en la regulació de l'expressió.

Heterocromatina

Una gran cantitat de ADN que actua en centrómeros i telómeros estimulant el silenciamiento de gens aledaño en la eucromatina. No és codificante, i prop de les seues histona es donen processos de metilación que mantenen el silenciamiento. Eixa heterocromatina va a produir siRNA que va a ser l'encarregat del silenciamiento interactuant en atres proteïnes també associades a ella i a histona. Es dona igualment un acople entre la heterocromatina en RITS i en ARNpARNd, per a donar una acumulació de siRNA. El seu efecte silenciador, està potencializado en part per l'acció de ARN que s'associa per a estimular canvis. Les variacions existents entre els diferents organismes són principalment en la cantitat i tipo de repeticions.

Proteïnes DICER i Argonautas

Les proteïnes DICER, són nucleasas que degraden ARN de doble cadena, formant menuts fragments. En els seus extrems tenen llocs d'unió de ARN i de proteïnes argonautas. Les proteïnes argonautas (Ago) s'acoplen en el sistema RISC i la seua funció serà tallar ARNm blanc i a la seua volta guiar al complex cap al seu objectiu en major eficiència.

siRNA (Fragments menuts de ARN interferente)

Estos menuts fragments de ARN són sintetisats a partir de ARN de doble cadena. En eixa conformació les proteïnes DICER van a reconéixer-la i eixerciran el seu efecte endonucleasa. Després els menuts fragments s'acoplen en el sistema RISC, que va a trencar el doble bri per a activar l'activitat de siRNA. Es movilisen cap a ARNm i s'uniran a ell, impulsant de nou l'activitat RNTorra. Estos fragments poden ser templats per a que una ARNdARNp sintetise més ARN de doble cadena, mantenint la presència de siRNA. Té varis tipos i alguns són induïts baix condicions d'estrés com nt-siRNA i uns atres actuen sobre les repeticions nucleotídicas com el ra-siRNA.

miRNA (micro fragments de ARN interferente)

És ARN no traduït que va a silenciar de la mateixa forma que els siRNA, acoplant-se a complexos efectors com RISC. La principal diferència entre els dos tipos és el tamany, sent estos els més menuts.

Complex RISC

Este complex és una agrupació de vàries proteïnes, incloent la seua unitat més important que és una endonucleasa. Actua a nivell citoplasmàtic i s'encarrega d'enllaçar el siRNA de doble cadena activant-ho, duent-ho a tallar eixos menuts fragments en bri sensibles, per a dirigir-los posteriorment cap als blancs a silenciar, estimulant el seu clivaje.

Complex RIST

Funciona d'una forma semblant a la del complex RISC, la seua única diferència és que actua a nivell nuclear.

Silenciamiento Post-Transcripcional i Transcripcional

Silenciamiento Post-Transcripcional (PTGS)

El PTGS es caracterisa per estar mediat principalment per siRNAs i miRNAs. En este tipo de silenciamiento ademés de trobar eixos dos elements ya mencionats, s'associen els complexos RISC, mRNP, proteïnes DICER, Argonautas i Drosha. El mecanisme general inicia en la síntesis dels pre-siRNAs i pre-miRNAs en el núcleu i la seua maduració. Este últim procés es dona per mig de proteïnes DICER, el centre catalític de les quals dimérico, actua d'una forma similar a una RNTorra tipo III, clivando en menuts fragments de doble cadena. D'acort a l'organisme del que estigam parlant actuen atres proteïnes, puix en els vertebrats solament es produïx un tipo de DICER, mentres que en animals com Drosophila hi ha més gens codificantes que donen DICERs més especialisades.

Estos fragments són els que van a unir-se a el ARNm blanc, pero per a això es dona un acople en el complex RISC. Este complex en la seua estructura posseïx proteïnes argonautas Ago, que tenen dominis d'unió (PAZ i Piwi) a el ARN, i la seua activitat RNTorra H contribuïx a que els siRNA de doble cadena siguen processats a cadena senzilla, tornant-los funcionals. Existix una gran varietat de complexos RISC, d'acort al tamany d'anarNA que vaja a enllaçar.

Silenciamiento Transcripcional (TGS)

Encara que és més comú trobar processos de PTGS en les cèlules, els TGS són mecanismes de silenciamiento importants, puix actuen abans de la transcripció. La forma més estudiada de TGS, ha segut la metilación de el ADN, estimulada per una série d'enzimes com les proteïnes Dicer, DNA metiltransferasas (DMTaxes) i per la presència de certs promotors que formaran conformació de ARN de doble cadena. A partir d'eixos promotors, les Dicers formaran fragments curts de ARN d'aproximadament 21 nucleòtits, que seran útils per a unir-se i ser reconeguts per DMTaxes que s'encarregaran de metilar.

El procés de metilación es dona a partir de proteïnes específiques per als diferents organismes, i es manté a partir d'un atre tipo de DMTaxes que són conservadores de la metilación, actuant en la replicació mantenint la metilación en el bri templat, i metilando el bri sintetisat. Les proteïnes que s'han reconegut són vàries, dins de les quals trobem en els mamífers Dnmt3a i Dnmt3b i en plantes les seues ortólogos DRM1 i DRM2. Per a la metilación és important algunes voltes la modificació estructural de la heterocromatina o de les histona associades. El resultat d'açò serà modificar l'expressió alterant promotors, repressors, etc.