Investigadores del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa han profundizado en el conocimiento de las características de las retrotranscriptasas, unas enzimas esenciales para la replicación viral. Los resultados, publicados en Scientific Reports, pueden optimizar muchas de sus aplicaciones en la práctica clínica y la investigación.
La retrotranscripción es un proceso por el que la información contenida en el ARN se traslada al ADN, gracias a la participación de unas proteínas denominadas retrotranscriptasas. Su descubrimiento en 1970 supuso la modificación del ‘dogma de la biología molecular’, un concepto muy arraigado en esa época según el cual la información contenida en los genes (constituidos por ADN) solo podía expresarse de forma unidireccional como ADN a ARN a proteínas.
Gracias a su capacidad para sintetizar ADN a partir de ARN, las retrotranscriptasas son las enzimas que permiten a los retrovirus multiplicar su genoma. En el artículo publicado en Scientific Reports se estudian retrotranscriptasas de diversos retrovirus y se aportan nuevos datos que explican cómo estas polimerasas podrían alterar la variabilidad genética de los retrovirus durante el proceso de retrotranscripción.
El trabajo –llevado a cabo en el laboratorio que dirige Luis Menéndez Arias en el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa, centro mixto de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y el CSIC– muestra que al copiar moléculas de ARN todas las retrotranscriptasas estudiadas exhiben una fidelidad de copia parecida.
Sin embargo, el artículo sugiere que este resultado se debe a errores introducidos por las polimerasas que sintetizan el ARN y que, en parte, contribuirían a la variabilidad observada en los retrovirus, especialmente llamativa en el caso del virus del sida.
En suma, el trabajo ha ampliado el conocimiento sobre la fidelidad del proceso de retrotranscripción, facilitando la optimización de técnicas experimentales usadas en muchos laboratorios.
La replicación del ARN de retrovirus en dos pasos
La información genética de retrovirus (como el VIH) está contenida en dos moléculas de ARN. Sin embargo, para poder integrarse en el núcleo de nuestras células, los retrovirus tienen que transmitir dicha información a una doble hélice de ADN.
Gracias a las retrotranscriptasas, esta conversión se lleva a cabo en dos pasos: Paso 1: la retrotranscriptasa sintetiza una molécula de ADN utilizando como molde la información del ARN viral (retrotranscripción). Paso 2: se sintetiza la segunda cadena del ADN sobre el ADN recién sintetizado.
Esta propiedad de las retrotranscriptasas también se utiliza en múltiples experimentos en todas las áreas de investigación. Las retrotranscriptasas, además de ser proteínas importantes para la multiplicación de los retrovirus –y en el caso del VIH, el blanco de acción de fármacos antirretrovirales– también se emplean como herramientas biotecnológicas en la detección y diagnóstico de enfermedades.
A pesar de su importancia, su fidelidad de copia en el proceso de conversión de la información del ARN al ADN (paso 1) ha sido escasamente estudiada. Por el contrario, su fidelidad al copiar sobre moléculas de ADN (paso 2) ha sido ampliamente analizada; y se han observado diferencias de más de 10 veces entre las retrotranscriptasas más y menos fieles de distintos retrovirus.
Errores preexistentes en el ARN
Si bien al copiar moléculas de ARN todas las retrotranscriptasas estudiadas exhibieron una fidelidad de copia parecida, los investigadores comprobaron que estos resultados se debían en gran parte a los errores ya existentes en el ARN utilizado de partida, que es sintetizado por una proteína denominada ARN polimerasa.
A día de hoy, no es posible distinguir los errores producidos por la ARN polimerasa de los producidos por la retrotranscriptasa, ya que no existe una tecnología suficientemente fiable, capaz de secuenciar directamente el ARN.
A pesar de no poder discernir el error producido por cada una de estas enzimas, los autores han podido concluir que la ARN polimerasa comete una serie de errores que limitan el correcto análisis de la fidelidad de las retrotranscriptasas, y es por tanto la responsable de que las diferencias observadas entre las proteínas de distintos retrovirus sean pequeñas.
“En este estudio hemos empleado ensayos con fagos o virus bacterianos, así como técnicas biofísicas sofisticadas que nos han permitido determinar la afinidad de la ARN polimerasa tanto por el molde como por los nucleótidos correctos e incorrectos”, afirma Alba Sebastián Martín, primera firmante del trabajo.
Referencia bibliográfica:
Sebastián-Martín, A., Barrioluengo, V. y Menéndez-Arias, L. (2018) Transcriptional inaccuracy threshold attenuates differences in RNA-dependent DNA synthesis fidelity between retroviral reverse transcriptases. Scientific Reports. DOI:10.1038/s41598-017-18974-8.
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