Mecanismos Moleculares Clave en Biología: Regulación Génica, Farmacología y Biotecnología

Regulación Postranscripcional: MicroARN (miRNA)

Los MicroARN (miRNA) son pequeños ARN interferentes que se generan a partir de precursores específicos en el genoma. Al transcribirse, estos precursores se pliegan en horquillas intramoleculares que contienen segmentos de complementariedad imperfecta.

Procesamiento y Función del miRNA

El procesamiento de los precursores ocurre generalmente en dos etapas, catalizado por dos enzimas clave:

• Drosha: Actúa en el núcleo.
• Dicer: Actúa en el citoplasma.

Una de las hebras del miRNA maduro se incorpora a un complejo similar al RISC (Complejo de Silenciamiento Inducido por ARN). Dependiendo del grado de complementaridad del miRNA con el ARN mensajero (ARNm), los miRNA pueden:

1. Inhibir la traducción del ARNm.
2. Inducir su degradación.

Sin embargo, a diferencia de la vía de los siRNA (ARN de interferencia pequeño), la degradación de ARN mediada por miRNA se inicia con la eliminación enzimática de la cola de poli A del ARNm.

miRNA y Desarrollo Tumoral

Mientras los dos loci sean funcionales, no se expresa el gen Bcl2 y, por lo tanto, no se produce el tumor. Las mutaciones en esos genes permitirán la expresión del gen y, por tanto, el desarrollo del tumor.

Topoisomerasas: Dianas Farmacológicas Esenciales

Sin estas enzimas, las células no pueden replicarse, empaquetar su ADN o expresar sus genes y, como consecuencia, mueren. Por este motivo, sus inhibidores se han convertido en agentes farmacológicos para combatir agentes infecciosos o células tumorales.

Aplicaciones Farmacológicas

Los inhibidores de topoisomerasas se utilizan en dos campos principales:

h4. 1. Agentes Antibacterianos

Los antibióticos de amplio espectro de la familia de las fluoroquinolonas, como el ciprofloxacino, actúan interfiriendo con la función de las topoisomerasas de tipo II bacterianas. Bloquean el último paso de la reparación de los cortes, lo que causa rupturas incontrolables en las cadenas de ADN y de ahí que funcionen como eficientes bactericidas.

h4. 2. Agentes Quimioterapéuticos

Algunos tipos de agentes en quimioterapia son inhibidores de las topoisomerasas y funcionan interfiriendo con las topoisomerasas eucariotas humanas en las células cancerosas. En estas células, los niveles de topoisomerasas suelen ser elevados. La inhibición de topoisomerasas eucariotas induce rupturas del ADN que finalmente obligan a las células a entrar en el ciclo de muerte celular programada (apoptosis).

Inhibidores de la Transcripción

La inhibición de la transcripción puede clasificarse según su especificidad:

• Inespecíficos (Agentes Intercalantes):
  • Actinomicina D
  • Acridina
• Específicos de las ARN Polimerasas Procariotas:
  • Rifampicina
• Específicos de las ARN Polimerasas Eucariotas:
  • La alfa-amanitina es un inhibidor estable de la ARN Polimerasa II.

Microsatélites: Marcadores Moleculares

Los microsatélites son secuencias de ADN en las que un fragmento cuyo tamaño va desde 2 a seis pares de bases se repite de manera consecutiva. Son utilizados como marcadores moleculares en el campo de la genética.

Aplicaciones de los Microsatélites

Para poder diferenciar dos microsatélites, es necesario realizar una PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa). Los fragmentos son separados a través de electroforesis en gel de agarosa. Sus usos incluyen:

• Estudios de parentesco (pruebas de paternidad).
• Estudios poblacionales.
• Criminología.
• Pruebas diagnósticas.

Biotecnología: Producción de Proteínas Recombinantes con Etiqueta GST

La recombinación de genes humanos en el ADN de bacterias es una de las posibilidades que ofrece la biotecnología y que permite obtener proteínas humanas con fines terapéuticos. Un ejemplo clásico es la insulina humana obtenida a partir de E. coli.

Las bacterias se reproducen rápidamente (duplicando su número cada 20 minutos). De esta forma, se pueden obtener en poco tiempo muchas copias del gen humano inserto en el ADN bacteriano y producir grandes cantidades de proteínas recombinantes.

Purificación mediante Cromatografía de Afinidad (Etiqueta GST)

Para obtener la proteína recombinante, se debe ligar el gen de la proteína de interés con el gen de otra que permitirá después separarla del resto de proteínas sintetizadas por la bacteria. Esta segunda proteína se usa como etiqueta.

En este caso, la etiqueta es la GST (Glutatión S-Transferasa), ya que tiene mucha afinidad por el glutatión. El proceso de purificación sigue estos pasos:

1. La proteína etiquetada se expresa en la célula huésped usando un vector de expresión y está presente en el extracto crudo cuando se lisan las células.
2. Se realiza una cromatografía de afinidad que contenga un medio con glutatión inmovilizado.
3. La proteína etiquetada se quedará fijada a la columna, mientras que el resto de proteínas atravesará la columna.
4. Una vez aislada, la proteína se eluye usando una disolución salina o con glutatión libre.