reasignación de codones

Las proteínas son esenciales para la vida, ya que realizan muchas funciones celulares necesarias. Las células construyen proteínas con aminoácidos utilizando las instrucciones del ADN . Normalmente, el ADN se transcribe en ARN mensajero ( ARNm ) y el ARNm se traduce en una secuencia de aminoácidos. ^{[ 1 ]} El complejo que facilita la traducción del ARNm a aminoácido se llama ribosoma . ^{[ 1 ]} Los ribosomas almacenan y leen el ARNm en fragmentos de tres nucleótidos llamados codones . Los codones tienen un ARN de transporte ( ARNt ) correspondiente que se une al ribosoma. Los ARNt son responsables de llevar los aminoácidos al ribosoma para que puedan incorporarse a la proteína. Aunque cada codón solo codifica un único ARNt, un ARNt puede representar múltiples codones. Esto se debe a que hay 64 combinaciones posibles de codones y 20 aminoácidos naturales. ^{[ 1 ]} Cada ARNt codifica un único aminoácido. Cada aminoácido se añade a la cadena creciente de aminoácidos que formará la proteína final. La cadena inicial de aminoácidos, también llamada estructura primaria de la proteína, determina la forma final y la capacidad funcional de la proteína. ^{[ 1 ]}

Cuando se produce una reasignación de codones, generalmente se debe a un cambio en los ARNt. Un ARNt puede asignarse a un nuevo codón o modificarse para unirse a un aminoácido diferente. ^{[ 3 ]} Para la proteína, esto significa intercambiar un aminoácido por otro o, en el caso de un codón de parada, añadir un aminoácido donde antes no había ninguno. Dado que la estructura primaria determina la funcionalidad de una proteína, ^{[ 1 ]} cambiar incluso un solo aminoácido de esta manera puede afectar drásticamente lo que la proteína final puede hacer.

En bacterias y levaduras , la reasignación de codones puede deberse a una escasez de aminoácidos necesarios. ^{[ 3 ]} En lugar de detener por completo la producción de proteínas, las moléculas de ARNt seleccionan otro aminoácido para añadir a la cadena de aminoácidos. ^{[ 3 ]} Este aminoácido puede tener propiedades similares al aminoácido previsto, o no. Esto puede causar deformidades en las proteínas, haciéndolas menos eficientes o incluso no funcionales. Una hipótesis sobre por qué este fenómeno persiste a pesar de la pérdida de eficiencia es que el organismo prefiere tener una versión peor de la proteína a no tener ninguna. ^{[ 3 ]}

En algunas células cancerosas humanas , como las células de melanoma , se utiliza una táctica similar. Como respuesta inmunitaria , para intentar destruir el cáncer, las células T liberan una enzima que destruye el aminoácido esencial triptófano dentro de las células cancerosas. ^{[ 3 ]} Esto generalmente priva al cáncer de muchas proteínas clave, matando las células cancerosas. Sin embargo, algunas células cancerosas pueden usar la reasignación de codones para reemplazar el triptófano con un aminoácido similar llamado fenilalanina . ^{[ 3 ]} Este reemplazo de aminoácido y la proteína funcional resultante permiten que la célula cancerosa sobreviva y continúe dividiéndose.

En algunos bacteriófagos , se han asignado ARNt a los codones de parada TAG y TGA para codificar los aminoácidos glutamina y triptófano , respectivamente. ^{[ 4 ]} Las razones de esta reasignación de codones aún se están estudiando; podría estar relacionada con el proceso de infección . ^{[ 4 ]}

La exposición a factores ambientales externos puede alterar las moléculas de ARNt lo suficiente como para provocar una reasignación de codones. Por ejemplo, tras ser infectadas con un determinado virus, las células hepáticas de rata pueden sustituir el aminoácido selenocisteína por cisteína , un aminoácido estructuralmente similar. ^{[ 3 ]}

Se ha documentado ampliamente que existen variaciones en el código genético entre el ADN nucleico , el ADN mitocondrial y el ADN cloroplástico . ^{[ 1 ] [ 5 ]} Sin embargo, anteriormente se creía que el código genético era consistente entre especies dentro del núcleo. La existencia de la reasignación de codones cuestiona esta idea. ^{[ 5 ]} Un mismo codón puede codificar diferentes aminoácidos en distintas especies. La reasignación de codones demuestra flexibilidad y adaptabilidad dentro del código genético.

Los aminoácidos artificiales, sintéticos, no naturales o no proteinogénicos se utilizan en la investigación para ayudar a comprender la construcción y la funcionalidad de las proteínas. ^{[ 2 ]} Estos aminoácidos artificiales también se utilizan en algunos medicamentos. ^{[ 6 ]} Los investigadores normalmente utilizan codones de parada, que no codifican para un aminoácido, para insertar estos aminoácidos en las proteínas. Dado que solo hay tres codones de parada, los investigadores estaban limitados anteriormente a utilizar solo uno o dos aminoácidos artificiales. ^{[ 2 ] [ 6 ]} También existía la opción de utilizar moléculas de ARNt artificiales para insertar aminoácidos artificiales, pero estas moléculas de ARNt artificiales no son de tan alta calidad como las moléculas de ARNt naturales, y a menudo cometen errores. ^{[ 6 ]} La capacidad de reasignar el ARNt natural a aminoácidos artificiales mediante la reasignación de codones abre muchas posibilidades para esta investigación. Dado que hay 64 combinaciones posibles y solo unos 20 aminoácidos naturales, ^{[ 1 ]} este método permitiría a los investigadores insertar hipotéticamente 43 aminoácidos artificiales en una proteína, conservando un codón de parada para completar el proceso de traducción correctamente. Estos avances en la manipulación genética y de proteínas pueden ayudar a científicos y médicos a profundizar la comprensión humana de las funciones celulares y producir medicamentos más eficaces y eficientes. ^{[ 2 ] [ 6 ]}