Riboswitches: Reguladores Clave en el Control Genético Bacteriano

Los Riboswitches son partes especiales del ARN que pueden controlar cómo se expresan los genes en las bacterias. Normalmente se encuentran al principio del ARN mensajero, que es el ARN que ayuda a fabricar proteínas. Piensa en los riboswitches como interruptores que pueden activar o desactivar la expresión de genes dependiendo de si se unen o no a moléculas específicas, que a menudo son nutrientes o iones importantes en la célula.

#¿De qué están hechos los riboswitches?

Los riboswitches tienen dos partes principales. La primera parte se llama dominio aptámero, que es responsable de unirse a una molécula específica, conocida como ligando. La segunda parte es la plataforma de expresión, que es lo que cambia cuando el aptámero se une al ligando. Este cambio puede bloquear el proceso de fabricación de proteínas o detener por completo la producción de ARN.

Cuando el ligando se une al aptámero, causa un cambio en la forma de la plataforma de expresión. Por ejemplo, puede ocultar la parte del ARN a la que una proteína necesita unirse, deteniendo la producción de proteínas. Alternativamente, puede ayudar al ARN a dejar de hacer más copias de sí mismo. La conexión entre el riboswitch y los genes que controla forma un circuito de retroalimentación, lo que significa que los genes a menudo están involucrados en producir o transportar el mismo ligando al que responde el riboswitch.

#Cómo funcionan los riboswitches

Hay dos maneras principales en que los riboswitches pueden controlar la expresión de genes: translacional y Transcripcional.

#Riboswitches translacionales

En los riboswitches translacionales, la unión del ligando al aptámero detiene al ribosoma de unirse al ARN. Esto impide la producción de proteínas. En lo que se llama un estado "APAGADO", la unión del ligando ayuda a mantener al ribosoma alejado de un sitio específico en el ARN, bloqueando el inicio de la producción de proteínas.

#Riboswitches transcripcionales

En los riboswitches transcripcionales, la interacción ocurre mientras se está haciendo el ARN. La forma del ARN mientras se copia determina si el gen se apagará o seguirá activo. En muchos casos, el ARN puede formar diferentes formas, y el ligando decide qué forma se forma. Para los riboswitches que están en un estado "APAGADO", la unión del ligando lleva a la formación de una estructura que señala que el proceso de copia del ARN debe detenerse, evitando que el gen de abajo se exprese.

#El riboswitch SAM-I

Un ejemplo bien estudiado de un riboswitch es el riboswitch SAM-I. Este tipo de riboswitch se une a una molécula llamada S-adenosilmetionina (SAM), que es importante para muchos procesos celulares. Los riboswitches SAM-I son cruciales para manejar cómo la célula maneja el azufre.

#Estructura de los riboswitches SAM-I

El riboswitch SAM-I consiste en una estructura plegada con cuatro hélices, formando una unión. Esta estructura tiene un bolsillo en el que puede caber el SAM. Su diseño le permite reconocer y unirse al SAM de manera muy específica, incluso en presencia de moléculas similares como la S-adenosilhomocisteína (SAH).

#Unión al SAM

Cuando el riboswitch SAM-I se une al SAM, sufre cambios específicos en la estructura, alterando sus capacidades y funciones. Esta alteración es responsable de la capacidad del riboswitch para manejar la expresión de genes involucrados en el metabolismo del azufre.

#Encontrando riboswitches SAM-I

Los investigadores identificaron siete candidatas a riboswitches SAM-I en el genoma de una bacteria llamada Listeria monocytogenes. Estos riboswitches preceden a genes que están asociados con el metabolismo del azufre. Una candidata, llamada SreA, podría incluso desempeñar un papel en el control de la traducción de un gen relacionado con la capacidad de la bacteria para causar enfermedades.

#El riboswitch SreA

Los estudios muestran que SreA se une al SAM con gran afinidad y es muy específica sobre lo que se une. No se une eficazmente al SAH, lo que sugiere que el riboswitch SreA puede ayudar a la bacteria a regular sus respuestas al SAM de manera muy precisa.

#Probando el riboswitch SreA

Para confirmar que SreA actúa como un riboswitch SAM-I funcional, los científicos probaron qué tan bien se une al SAM y cómo afecta la expresión génica cuando está presente el SAM.

#Métodos de laboratorio

Los investigadores utilizaron varias técnicas de laboratorio para examinar el riboswitch SreA. Esto incluyó el uso de secuencias de ARN diseñadas específicamente que contienen el riboswitch SreA y probar cómo interactúan con el SAM. Midieron cuánto SAM podía unirse el riboswitch SreA, y utilizaron varios métodos para visualizar la estructura y función del ARN SreA en presencia de SAM.

#Estudios de unión

A través de pruebas como Calorimetría de Titración Isotérmica (ITC), los científicos encontraron que SreA se une fuertemente al SAM. También descubrieron que no se une bien al SAH, confirmando su especificidad. Las mediciones de unión mostraron que SreA puede detectar efectivamente concentraciones de SAM que son relevantes para su función biológica.

#Estudios estructurales

Usando dispersión de rayos X a pequeño ángulo (SAXS), los investigadores analizaron cómo cambiaba la forma del riboswitch SreA cuando estaba presente el SAM. Esto mostró que el riboswitch se compacta más al unirse al SAM, sugiriendo que la interacción con el SAM ayuda a estabilizar la estructura.

#Datos de SHAPE

Otro enfoque experimental involucró SHAPE (Acetilación Selectiva de 2′-Hidroxi analizada por Extensión de Iniciadores). Esta técnica ayuda a identificar cuán flexibles son diferentes partes del ARN según su reactividad. Los resultados mostraron que ciertas regiones del riboswitch SreA se volvieron menos flexibles cuando estaba unido el SAM, confirmando que la interacción ayuda a organizar la estructura del ARN.

#Cómo SreA controla la transcripción

Los investigadores también investigaron cómo SreA regula la transcripción de genes. Realizaron ensayos de terminación de transcripción de una sola ronda para ver qué tan eficazmente SreA podía detener el proceso de transcripción en respuesta a diferentes concentraciones de SAM.

#Ensayos de transcripción

Al observar cómo SreA afectaba la transcripción, encontraron que incluso pequeñas cantidades de SAM podían llevar a una terminación temprana del ARN que se estaba haciendo. A medida que aumentaba la concentración de SAM, también aumentaba la cantidad de transcripción que se detenía. A cierta concentración, SreA inhibió efectivamente la producción de ARN de abajo.

#Sensibilidad al SAM

Se midió la concentración de SAM necesaria para que SreA actuara, revelando que SreA es lo suficientemente sensible como para responder a concentraciones fisiológicas de SAM. Esto significa que puede ajustar la expresión génica según la disponibilidad de SAM en el entorno.

#Implicaciones para la vida bacteriana

Estos hallazgos sobre SreA revelan aspectos importantes de cómo las bacterias manejan sus entornos internos. La capacidad de SreA para controlar la expresión génica en respuesta a las concentraciones de SAM es significativa para la supervivencia y adaptación de L. monocytogenes en varios entornos.

#Comparaciones con otras bacterias

Comparado con otras bacterias, el mecanismo de SreA parece ser más matizado. Mientras que algunas bacterias regulan estrictamente la expresión génica según la disponibilidad de SAM, SreA permite cierto nivel de expresión génica incluso cuando hay altas cantidades de SAM. Este tipo de flexibilidad regulatoria puede ser esencial para la supervivencia de la bacteria durante diferentes etapas de su ciclo de vida, especialmente al pasar de vivir libremente en el medio ambiente a volverse patógeno.

#Conclusión

En resumen, el riboswitch SAM-I SreA ha sido validado como un riboswitch funcional que desempeña un papel crítico en el control de la expresión génica según la disponibilidad de SAM. Muestra una fuerte afinidad y especificidad por el SAM y tiene una estructura que le permite responder de manera efectiva a cambios en la concentración de Ligandos. Los conocimientos adquiridos al estudiar SreA pueden mejorar nuestra comprensión de cómo las bacterias regulan procesos vitales, lo que podría proporcionar dianas para desarrollar nuevas estrategias antibacterianas en el futuro.