Argonauta

La familia de proteínas Argonaute , descubierta inicialmente por su función en células madre conservada evolutivamente, ^{[ 1 ]} desempeña un papel central en los procesos de silenciamiento de ARN como componentes esenciales del complejo de silenciamiento inducido por ARN (RISC). El RISC es responsable del fenómeno de silenciamiento génico conocido como interferencia de ARN (ARNi) . ^{[ 2 ]} Las proteínas Argonaute se unen a diferentes clases de ARN pequeños no codificantes , incluidos los microARN (miARN), los ARN pequeños de interferencia (siARN) y los ARN que interactúan con Piwi (piARN). Los ARN pequeños guían a las proteínas Argonaute hacia sus dianas específicas mediante complementariedad de secuencia (apareamiento de bases), lo que luego conduce a la escisión del ARNm, la inhibición de la traducción y/o el inicio de la degradación del ARNm. ^{[ 3 ]}

El nombre de esta familia de proteínas deriva de un fenotipo mutante resultante de la mutación de AGO1 en Arabidopsis thaliana , que Bohmert et al. compararon con la apariencia del pulpo pelágico Argonauta argo . ^{[ 4 ]}

La interferencia de ARN (ARNi) es un proceso biológico en el que las moléculas de ARN inhiben la expresión génica , ya sea mediante la destrucción de moléculas de ARNm específicas o la supresión de la traducción. ^{[ 5 ]} La ARNi tiene un papel importante en la defensa de las células contra secuencias de nucleótidos parasitarias . En eucariotas, incluidos los animales, la ARNi se inicia mediante la enzima Dicer . Dicer escinde moléculas largas de ARN bicatenario (ARNdc, que se encuentra a menudo en virus y ARN de interferencia pequeño ) en fragmentos cortos de ARNdc de aproximadamente 20 nucleótidos (ARNip). El ARNdc se separa entonces en dos ARN monocatenarios (ARNmc): la cadena pasajera y la cadena guía. Posteriormente, la cadena pasajera se degrada, mientras que la cadena guía se incorpora al complejo de silenciamiento inducido por ARN (RISC). El resultado más estudiado de la interferencia de ARN (ARNi) es el silenciamiento génico postranscripcional, que ocurre cuando la hebra guía se aparea con una secuencia complementaria en una molécula de ARN mensajero e induce la escisión por Argonaute, que se encuentra en el núcleo del complejo de silenciamiento inducido por ARN. ^{[ 6 ]}

Las proteínas Argonaute son la parte activa del complejo de silenciamiento inducido por ARN, que escinde la cadena de ARNm diana complementaria a su siRNA unido. ^{[ 7 ]} Teóricamente, el Dicer produce fragmentos cortos de doble cadena, por lo que también deberían producirse dos siRNA monocatenarios funcionales. Sin embargo, solo uno de los dos ARN monocatenarios se utilizará para formar pares de bases con el ARNm diana . Se conoce como cadena guía, que se incorpora a la proteína Argonaute y dirige el silenciamiento génico. El otro ARN monocatenario, denominado cadena pasajera, se degrada durante el proceso del complejo de silenciamiento inducido por ARN. ^{[ 8 ]}

Una vez que la proteína Argonaute se asocia con el ARN pequeño, la actividad enzimática conferida por el dominio PIWI escinde únicamente la hebra acompañante del ARN de interferencia pequeño. La separación de las hebras de ARN y su incorporación a la proteína Argonaute están guiadas por la fuerza de la interacción de enlaces de hidrógeno en los extremos 5′ del dúplex de ARN, conocida como regla de asimetría. Asimismo, el grado de complementariedad entre las dos hebras del dúplex de ARN intermedio define cómo se clasifican los microARN en diferentes tipos de proteínas Argonaute.

En animales, la proteína Argonaute asociada a miRNA se une a la región 3' no traducida del ARNm e impide la producción de proteínas de diversas maneras. El reclutamiento de proteínas Argonaute al ARNm diana puede inducir su degradación. El complejo Argonaute-miRNA también puede afectar la formación de ribosomas funcionales en el extremo 5' del ARNm. En este caso, el complejo compite con los factores de iniciación de la traducción y/o anula el ensamblaje de los ribosomas . Asimismo, el complejo Argonaute-miRNA puede regular la producción de proteínas mediante el reclutamiento de factores celulares como péptidos o enzimas modificadoras postraduccionales, que degradan el crecimiento de los polipéptidos. ^{[ 9 ]}

En las plantas, una vez que se generan de novo dúplex de ARN de doble cadena (dsRNA) con el ARNm objetivo, una enzima desconocida similar a la RNasa III produce nuevos siRNA, que luego se cargan en las proteínas Argonaute que contienen dominios PIWI, pero que carecen de los residuos de aminoácidos catalíticos , lo que podría inducir otro nivel de silenciamiento génico específico.

La familia de genes Argonaute (AGO) codifica seis dominios característicos: N-terminal (N), Linker-1 (L1), PAZ, Linker-2 (L2), Mid y un dominio PIWI C-terminal . ^{[ 9 ]}

El dominio PAZ recibe su nombre de Drosophila Piwi, Arabidopsis Argonaute-1 y Arabidopsis Zwille (también conocido como pinhead, y posteriormente renombrado argonaute-10), donde se reconoció por primera vez que este dominio estaba conservado. El dominio PAZ es un módulo de unión a ARN que reconoce los extremos 3′ monocatenarios de siRNA , miRNA y piRNA , de forma independiente de la secuencia.

PIWI recibe su nombre de la proteína Piwi de Drosophila. Con una estructura similar a la de la RNasa H, el dominio PIWI es esencial para la escisión del objetivo. El sitio activo, con la tríada aspartato-aspartato-glutamato, alberga un ion metálico divalente, necesario para la catálisis. Los miembros de la familia AGO que perdieron esta característica conservada durante la evolución carecen de la actividad de escisión. En la AGO humana, el motivo PIWI también media la interacción proteína-proteína en la caja PIWI, donde se une a Dicer en un dominio RNasa III. ^{[ 10 ]}

En la interfaz de los dominios PIWI y Mid se encuentra el fosfato 5′ de un siRNA, miRNA o piRNA, que resulta esencial para su funcionalidad. Dentro de Mid se halla un motivo MC, una estructura homóloga que se propuso imitar el motivo de unión a la caperuza presente en eIF4E. Posteriormente se descubrió que el motivo MC no participa en la unión a la caperuza del ARNm ^{[ 9 ].}

En humanos, existen ocho miembros de la familia AGO, algunos de los cuales se investigan intensamente. Sin embargo, aunque AGO1–4 son capaces de cargar miRNA, la actividad endonucleasa y, por lo tanto, el silenciamiento génico dependiente de RNAi, pertenece exclusivamente a AGO2. Considerando la conservación de la secuencia de los dominios PAZ y PIWI en toda la familia, se presume que la singularidad de AGO2 se debe al extremo N-terminal o a la región espaciadora que une los motivos PAZ y PIWI. ^{[ 10 ]}

Varios miembros de la familia AGO en plantas también son objeto de estudio. AGO1 participa en la degradación de ARN relacionada con miRNA y desempeña un papel central en la morfogénesis. En algunos organismos, es estrictamente necesario para el silenciamiento epigenético. Está regulado por el propio miRNA. AGO4 no participa en la degradación de ARN dirigida por RNAi, sino en la metilación del ADN y otras regulaciones epigenéticas, a través de la vía del ARN pequeño (smRNA). AGO10 participa en el desarrollo de las plantas. AGO7 tiene una función distinta a la de AGO1 y AGO10, y no se encuentra en el silenciamiento génico inducido por transgenes. En cambio, está relacionado con la cronología del desarrollo en las plantas. ^{[ 11 ]}

Se ha informado que las proteínas Argonaute están asociadas con cánceres. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Para las enfermedades que involucran la expresión selectiva o elevada de genes identificados particulares, como el cáncer de páncreas, la alta especificidad de secuencia de la interferencia de ARN podría hacerla adecuada como un tratamiento apropiado, particularmente apropiado para combatir cánceres asociados con secuencias de genes endógenos mutados . Se ha informado que varios ARN pequeños no codificantes (microARN) están relacionados con cánceres humanos, como miR-15a y miR-16a, que frecuentemente se eliminan y/o se regulan negativamente en pacientes. Aunque las funciones biológicas de los microARN no se comprenden completamente, se han descubierto roles de microARN en la coordinación de la proliferación y la muerte celular durante el desarrollo y el metabolismo. Se cree que los microARN pueden dirigir la regulación negativa o positiva en diferentes niveles, lo que depende de la interacción específica de los microARN y el par de bases objetivo y los cofactores que los reconocen. ^{[ 14 ]}

Debido a que se sabe ampliamente que muchos virus tienen ARN en lugar de ADN como material genético y pasan por al menos una etapa en su ciclo de vida en la que producen ARN de doble cadena, la interferencia de ARN se ha considerado un mecanismo potencialmente antiguo desde el punto de vista evolutivo para proteger a los organismos de los virus. Los pequeños ARN de interferencia producidos por Dicer causan el silenciamiento génico postranscripcional específico de secuencia al guiar una endonucleasa, el complejo de silenciamiento inducido por ARN (RISC), al ARNm. Este proceso se ha observado en una amplia gama de organismos, como el hongo Neurospora (en el que se conoce como quelling), plantas (silenciamiento génico postranscripcional) y células de mamíferos (ARNi). Si hay una complementariedad de secuencia completa o casi completa entre el pequeño ARN y el objetivo, el componente de proteína Argonaute de RISC media la escisión del transcrito objetivo, el mecanismo implica la represión de la traducción predominantemente .

En 2016, un grupo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hebei informó sobre la edición del genoma utilizando una proteína Argonaute procariota de Natronobacterium gregoryi . Sin embargo, la evidencia de la aplicación de las proteínas Argonaute como nucleasas guiadas por ADN para la edición del genoma ha sido cuestionada, con la retractación de la afirmación por parte de la revista principal. ^{[ 15 ]} En 2017, un grupo de la Universidad de Illinois informó sobre el uso de una proteína Argonaute procariota tomada de Pyrococcus furiosus (PfAgo) junto con ADN guía para editar ADN in vitro como enzimas de restricción artificiales . ^{[ 16 ]} Las enzimas de restricción artificiales basadas en PfAgo también se utilizaron para almacenar datos en secuencias de ADN nativas a través de cortes enzimáticos. ^{[ 17 ]}

• Base de datos starBase : una base de datos para explorar mapas de interacción microARN-ARNm a partir de datos Argonaute CLIP-Seq ( HITS-CLIP , PAR-CLIP ) y Degradome-Seq.