Moléculas revolucionarias para controlar la expresión genética

Génova (Italia)/Grenoble (Francia) – 2 de julio de 2024 – El correcto funcionamiento de las células depende en gran medida de la capacidad de controlar finamente la expresión génica, un proceso complejo mediante el cual la información contenida en el ADN se copia en ARN para dar lugar finalmente a todas las proteínas y la mayoría de las moléculas reguladoras de la célula. Si el ADN se puede imaginar como un denso manual técnico, la expresión génica es el método por el cual la célula extrae información útil de él.

Investigadores del Instituto Italiano de Tecnología (IIT) en Génova y el Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL) en Grenoble han revelado cómo este proceso se puede modular utilizando pequeñas moléculas. El estudio sienta las bases para la futura identificación de posibles fármacos que actúen directamente sobre mutaciones genéticas o modificaciones que alteran el proceso de expresión génica, apuntando así al inicio de los tumores o las enfermedades genéticas.

El artículo de investigación, publicado en Nature Communications, fue coordinado por Marco De Vivo, Investigador Principal del Laboratorio de Modelado Molecular y Descubrimiento de Fármacos y Director Asociado de Computación en IIT en Génova, y por Marco Marcia, Líder de Grupo en EMBL Grenoble. Los resultados se lograron integrando la experiencia del EMBL y la Asociación para la Biología Estructural en bioquímica, biofísica y biología estructural, y utilizando la línea de haz automatizada MASSIF-1 operada conjuntamente por el EMBL y la Instalación Europea de Sincrotrón de Radiación (ESRF) para entregar fotografías de rayos X del proceso. Esto se combinó con la experiencia en simulación computacional de IIT, que permitió el estudio de las interacciones físico-químicas de las moléculas involucradas.

El estudio se centró en el empalme, uno de los niveles clave de control en el proceso de expresión génica. El empalme, como su nombre indica, es un proceso mediante el cual las máquinas moleculares de la célula “cortan y pegan” secuencias específicas de ARN para crear versiones funcionales. Estas versiones de ARN “maduran” luego realizan diversas funciones en la célula, incluyendo actuar como un conjunto de instrucciones para producir proteínas, o directamente como reguladores de varios procesos celulares.

“Estudiar el proceso de empalme de ARN es muy complejo debido a las reacciones químicas y los actores moleculares involucrados, como el ARN, las proteínas, los iones y las moléculas de agua. Gracias a las modernas técnicas de simulación molecular, hemos adquirido una comprensión detallada de lo que sucede y cómo intervenir para modular el empalme. Nuestro estudio ya nos ha permitido sintetizar nuevas moléculas similares a fármacos capaces de modular el empalme de una manera nueva, específica y altamente efectiva”, comentó Marco De Vivo.

De hecho, los investigadores de IIT y EMBL, con el apoyo de EMBLEM, la rama de transferencia de tecnología y conocimiento de EMBL, y la oficina de patentes de IIT, también han depositado recientemente una patente que describe nuevos compuestos químicos que actúan como moduladores del empalme. En el futuro, al mejorar aún más estos compuestos, podría ser posible regular la producción de proteínas específicas asociadas con genes defectuosos o mutados.

“Visualizar la modulación del empalme a nivel casi atómico es impresionante. Nos permite controlar una de las reacciones más fundamentales de la vida. En el futuro, consolidaremos la exitosa integración de nuestros estudios experimentales biológicos con los estudios químicos y computacionales de nuestros colaboradores, con el objetivo ambicioso de desarrollar nuevos fármacos, como antibacterianos y agentes antitumorales”, dijo Marco Marcia.

La investigación también forma parte de la iniciativa insignia de RNA de IIT dedicada al desarrollo y aplicación de nuevas tecnologías basadas en RNA.