Traducción en Algas Verdes: Una Visión General Detallada

La traducción es el proceso por el cual las células crean proteínas basándose en la información del ARN mensajero (mARN). En las células eucariotas, la traducción comienza en una región especial llamada el cap 5’, donde proteínas específicas y la subunidad ribosomal pequeña se juntan para formar un complejo. Este complejo busca en el mARN el punto de inicio de la secuencia que codifica la proteína, que suele estar marcado por un código específico llamado codón iniciador, normalmente AUG.

#¿Qué pasa después?

Una vez que el complejo de iniciación localiza un codón AUG, ensambla una unidad ribosomal más grande (denominada 80S) y continúa con el proceso de traducción, creando una cadena de aminoácidos que se convertirá en una proteína. La manera en que el complejo de iniciación se mueve a lo largo del mARN generalmente significa que encontrará el primer codón de inicio que se cruce. Esto ha llevado a la idea de que la mayoría de los mARN eucariotas solo codifican una proteína, haciéndolos monocistrónicos.

#Múltiples proteínas de un mARN

En algunos casos, se pueden producir múltiples proteínas de un solo mARN, una situación llamada expresión policistrónica. Esto significa que hay más de una secuencia codificante presente en la misma molécula de mARN. Aunque antes se pensaba que esta idea no aplicaba a los eucariotas, estudios recientes muestran que varios organismos eucariotas, incluidos hongos, plantas e insectos, pueden producir mARN que codifican más de una proteína.

#¿Cómo lo hacen los virus?

Alviruses han desarrollado maneras ingeniosas de producir múltiples proteínas de un mARN. Usan secuencias especiales llamadas Sitios de Entrada de Ribosomas Internos (IRES), que permiten que la maquinaria de traducción comience a hacer proteínas sin necesidad del cap 5’. Otros virus utilizan secuencias llamadas péptidos 2A, que permiten que el proceso de traducción salte ciertas partes, produciendo así múltiples proteínas de una sola secuencia codificante.

#Factores que influyen en la traducción

En las células eucariotas, varios elementos pueden afectar si un segmento codificante aguas abajo es traducido o no. A veces, cuando dos segmentos codificantes están muy cerca, la maquinaria puede reiniciar la traducción en el segundo segmento después de terminar el primero. En otros escenarios, si el contexto que rodea al codón de inicio no es ideal, el complejo de escaneo podría saltar el primer segmento codificante e ir directo al segundo.

#Algas verdes: un caso interesante

Las algas verdes son un grupo diverso de eucariotas relacionados con las plantas. Juegan papeles cruciales en la captura de carbono y también son importantes para estudiar procesos como la fotosíntesis. Algunas especies de algas verdes han demostrado tener mARN que son policistrónicos, lo que significa que pueden producir múltiples proteínas. Estas algas pueden tener genes que se traducen independientemente, cada uno con sus propias señales de inicio y parada, pero que aún caen bajo la etiqueta policistrónica.

#Identificando genes policistrónicos en algas verdes

A través de técnicas avanzadas de secuenciación, los científicos han identificado numerosos genes en algas verdes que son exclusivamente policistrónicos. Estos genes a menudo tienen espacios cortos entre las regiones codificantes, lo que permite que la maquinaria de traducción funcione de manera efectiva. Además, se ha demostrado que estos genes se conservan en diferentes especies de algas, lo que sugiere que sus funciones son significativas.

#Diferencias en la estructura de los genes

Al analizar los genes de las algas verdes, se observó que la primera región codificante suele ser más pequeña que la segunda. De manera similar, los espacios entre las regiones codificantes en genes policistrónicos son mucho más cortos en comparación con los que se encuentran en genes monocistrónicos. Las regiones no traducidas (UTRs) 5’ más cortas asociadas con estos transcritos policistrónicos podrían aumentar la probabilidad de que se salte la primera región codificante durante la traducción.

#El contexto de la secuencia Kozak

La eficiencia de la maquinaria de traducción para reconocer el punto de inicio de una región codificante también depende de la secuencia circundante, conocida como la secuencia Kozak. Por ejemplo, si esta secuencia no es óptima en la primera región codificante, puede aumentar las posibilidades de que la maquinaria de escaneo la ignore y traduzca la siguiente región codificante.

#Evitando codones de inicio alternativos

Para asegurar que la maquinaria de traducción se enfoque en el segmento codificante correcto, a menudo hay un sesgo en contra de codones de inicio alternativos que podrían confundir a la maquinaria. En los genes policistrónicos, este sesgo ayuda a asegurar que la región codificante aguas abajo se traduzca correctamente.

#Comprendiendo la ocupación del ribosoma

Al analizar cuán bien funciona la maquinaria de traducción en estas regiones codificantes, los investigadores examinaron los niveles de mARN y la presencia asociada de ribosomas. Se observó que en los transcritos policistrónicos, los niveles de mARN para ambos segmentos codificantes eran generalmente bastante similares, lo que indica que probablemente se tradujeron juntos.

#Probando los mecanismos in vivo

Los investigadores se centraron en un tipo particular de alga verde, Auxenochlorella protothecoides, para investigar cómo los cambios en la región Kozak afectaban la expresión de proteínas aguas abajo. Al manipular la secuencia alrededor de la primera región codificante, pudieron ver cómo estos cambios influían en la producción de la segunda proteína.

#Desarrollando construcciones sintéticas

Se implementó una estrategia novedosa diseñando mARN sintético que pudiera expresar múltiples proteínas. Los investigadores utilizaron promotores fuertes para controlar los niveles de expresión e incorporaron regiones reguladoras que mejorarían o reducirían la visibilidad de cada región codificante.

#Lo que aprendimos

Estas investigaciones revelaron que los mecanismos que controlan la traducción de múltiples proteínas en algas verdes dependen en gran medida de características estructurales y contextos de secuencia. La combinación de UTRs cortas, secuencias Kozak débiles en la primera región codificante, y la falta de codones de inicio competidores trabajan juntas para promover una traducción efectiva.

#Aplicaciones en ciencia e industria

Entender cómo funcionan estos procesos en las algas verdes podría tener implicaciones significativas para la biotecnología y la biología sintética. La habilidad de producir múltiples proteínas a partir de un solo mARN abre nuevas avenidas para ingenierizar organismos que podrían producir compuestos útiles o mejorar ciertos caminos biológicos.

#El futuro de la investigación

A medida que se aprende más sobre los procesos de traducción en algas verdes y otros eucariotas, estos conocimientos podrían usarse para mejorar los métodos de producción de proteínas en varios sistemas. Este conocimiento podría potenciar aún más la capacidad de ingenierizar nuevos sistemas biológicos tanto para la investigación como para aplicaciones prácticas.