Descubren un “amortiguador genético” en las plantas, que también podría estar presente en humanos

Un estudio liderado por investigadores de la Fundación Instituto Leloir reveló una función sorprendente de la proteína PRMT5, conocida hasta ahora por su rol esencial en la regulación de diversos procesos celulares. Además de permitir una comprensión más profunda sobre la variación genética en los organismos vivos, el hallazgo podría tener, a futuro, impacto en las terapias dirigidas contra el cáncer y en el agro.

(Agencia CyTA-Leloir).- Presente en todos los organismos vivos, desde levaduras hasta seres humanos, la proteína PRMT5 tiene un rol esencial en la regulación de diversos procesos celulares, incluido el splicing, mecanismo por el cual un solo gen es capaz de producir múltiples proteínas. Ahora, un artículo liderado por investigadores de la Fundación Instituto Leloir (FIL) y publicado en la revista New Phytologist reveló una función sorprendente de PRMT5: se encarga, también, de “amortiguar” los efectos de las pequeñas variaciones genéticas que suceden permanentemente en el interior del núcleo de las células, lo que permite que una especie conserve ciertas características básicas.

“Encontramos en plantas un mecanismo que atenúa el impacto de las diferencias genéticas; si la proteína PRMT5 no está presente, esas disparidades se maximizan, aun en ejemplares pertenecientes a una misma especie”, explicó a la Agencia CyTA-Leloir el doctor en Biología Marcelo Yanovsky, coautor del estudio. “El hallazgo también puede tener un efecto importante en seres humanos, ya que se sabe que PRMT5 está involucrada en muchos tipos de cáncer”, añadió.

En la actualidad, de hecho, muchas investigaciones que se llevan a cabo en el área de oncología giran alrededor de cómo inhibir la presencia de PRMT5 cuando está elevada. “El tema es que esas terapias no van a tener el mismo efecto en una persona que en otra. Entonces, conocer esta nueva función de la proteína podría ayudar a identificar quiénes se beneficiarán o no con un posible tratamiento”, destacó Yanovsky. Y agregó: “En las plantas, por otra parte, inhibir PRMT5 nos podría permitir encontrar nuevos fenotipos que en la actualidad están enmascarados, para aprovecharlos ante ciertas condiciones ambientales, como bajas temperaturas o falta de agua”.

Camino sinuoso

En 1993, los científicos Phillip Sharp y Richard J. Roberts compartieron el Premio Nobel de Medicina por haber roto con el dogma o idea establecida de que un gen siempre da origen a una sola proteína. Demostraron que gracias a un complejo proceso llamado splicing (empalme) de ARN, un solo gen puede producir múltiples proteínas diferentes. Ese revolucionario hallazgo permitió comprender mejor la enorme variabilidad genética que existe en la naturaleza, fundamental para la evolución y la diversidad de las especies. También, entender las raíces de enfermedades como el cáncer y ciertos trastornos neurológicos.

Para entender mejor el aporte del flamante estudio, hay que recordar que todas las células contienen en su interior un manual de instrucciones –genoma– que permite el desarrollo de un organismo vivo. Escrito en el lenguaje del ADN, contiene las recetas (genes) para fabricar todas las proteínas necesarias para la vida. Ahora bien, cuando una célula necesita una proteína específica, no consulta directamente el manual original, sino que transcribe una copia de trabajo de la receta: una molécula de ARN mensajero precursor o pre-ARNm.

Esa primera copia no es una transcripción literal. Es más bien un borrador lleno de anotaciones, con secciones cruciales (los exones) intercaladas con segmentos que, en su mayoría, deben ser eliminados (los intrones). Y aquí entra en juego el proceso descubierto por Sharp y Roberts mencionado anteriormente -el splicing-, que se produce gracias a una maquinaria molecular sofisticada conocida como espliceosoma, una especie de editor molecular de precisión, cuyo trabajo consiste en cortar meticulosamente los intrones y unir los exones en el orden correcto. ¿El resultado? Una molécula de ARN mensajero (ARNm) madura, lista para ser traducida en una proteína funcional.

Este proceso de edición es una fuente de inmensa diversidad biológica, ya que el espliceosoma puede combinar los exones de un mismo gen de diferentes maneras. Gracias a esto, un único gen puede dar lugar a una variedad de proteínas distintas, cada una con funciones especializadas. En el centro de este intrincado ballet molecular la proteína PRMT5 actúa como un director de orquesta o un gerente de control de calidad para el proceso de empalme.

Para ser más gráficos, se puede pensar al genoma como una autopista que, cada tanto, presenta baches sobre el asfalto; en el caso de la analogía, éstos serían las pequeñas diferencias naturales que ocurren en las secuencias de ADN, conocidas como polimorfismos de un solo nucleótido o SNPs y que actúan como señales de “cortar aquí” para el espliceosoma (sitios de empalme). En el ejemplo, PRMT5 cumple la función del sistema de suspensión de un auto: si es bueno, los baches apenas se notarán y el vehículo mantendrá una trayectoria estable (un fenotipo consistente, si se piensa en un organismo). En cambio, si la suspensión está averiada (PRMT5 no está presente), cada bache se sentirá con fuerza, sacudirá al coche y alterará su trayectoria.

“Esta capacidad de un organismo para producir un fenotipo consistente a pesar de las variaciones genéticas o ambientales se conoce como canalización. Nuestro estudio demostró que, al garantizar que el espliceosoma pueda manejar sitios de empalme ‘imperfectos’ o más débiles, PRMT5 actúa como ‘amortiguador’ y permite que la vida tolere un cierto grado de ruido genético sin consecuencias negativas inmediatas”, resaltó el físico Ariel Chernomoretz, coautor del trabajo, jefe del Laboratorio Biología de Sistemas Integrativa en la FIL e investigador del Instituto de Física Interdisciplinaria y Aplicada (INFINA), que pertenece al CONICET y la UBA.

Diseño experimental

Para el experimento, los investigadores seleccionaron dos cepas genéticamente distintas de Arabidopsis thaliana, planta a la que se la suele considerar como la “rata de laboratorio” del mundo vegetal: Columbia (Col-0) y Landsberg erecta (Ler). Si bien ambas pertenecen a la misma especie, siguieron caminos evolutivos separados y acumulan pequeñas diferencias naturales en su código genético (SNPs). Algunas de estas diferencias se encuentran en los llamados sitios de empalme para el espliceosoma.

Con el biólogo Maximiliano Beckel y la biotecnóloga Abril San Martín como primeros autores, el artículo describe cómo el grupo introdujo un “interruptor” para apagar la actividad de PRMT5: por medio de CRISPR-Cas9, una novedosa herramienta de edición genética, los científicos crearon plantas de ambas cepas (Col-0 y Ler) que carecían de la proteína en cuestión. Esto les permitió comparar cuatro grupos de plantas: Col-0 normal, Col-0 sin PRMT5, Ler normal y Ler sin PRMT5.

“Los resultados fueron sorprendentes y reveladores”, enfatizó Yanovsky, quien describió: “A pesar de sus diferencias genéticas subyacentes, en condiciones normales, con PRMT5 activa, las plantas de las cepas Col-0 y Ler tenían características físicas (fenotipo) casi indistinguibles, como la forma de las hojas o el momento de floración”. Sin embargo, el panorama cambió drásticamente cuando se eliminó PRMT5. “En su ausencia, las diferencias genéticas latentes se desataron, lo que se tradujo en diferencias fenotípicas mucho más pronunciadas: las hojas de las plantas Col-0 se volvieron aserradas, un rasgo no visible en las Ler, y las diferencias en el tiempo de floración entre las dos cepas se exageraron significativamente”, graficó.

Con este resultado en manos, uno de los desafíos hacia adelante es comprobar el efecto de la falta de PRMT5 en seres humanos. “Si ocurre lo mismo que en las plantas puede tener implicancias potenciales sobre muchas de las terapias oncológicas que están en ensayo basadas en la inhibición de la función de PRMT5”, finalizó Yanovsky.