Puedo asegurar que el mayor avance científico de los últimos 20 años en mi disciplina, y seguramente también en Biología, es el alcanzado por el ácido ribonucléico, mas conocido como RNA. Tengo que adelantar que mi disciplina es Virología y que llevo casi 40 años estudiando aspectos básicos de los virus RNA de plantas y sus RNA satélites asociados, incluyendo el mecanismo de replicación que se produce vía RNA de doble cadena (dsRNA), y el proceso de interacción con la planta, incluyendo el mecanismo de defensa antiviral. Esta trayectoria me ha permitido no solo seguir muy de cerca sino participar, afortunadamente, en el desarrollo del conocimiento sobre el RNA acontecido en estos años.

Empezaré diciendo que los últimos 20 años han cambiado totalmente nuestra percepción del RNA, que ha pasado de ser considerado como un intermediario pasivo de la información genética a ser reconocido como una molécula dinámica y versátil, que juega un importante papel en la mayoría, si no en todos, los procesos celulares. El RNA ha sido considerado durante mucho tiempo como el primo pobre del ácido desoxiribonucléico o DNA que, según el dogma central de la Biología moderna, representa el material de los cromosomas y forma los genes que se heredan y contienen las instrucciones principales para la vida, mientras que el RNA transporta simplemente esas instrucciones desde el núcleo celular a otras partes de la célula, haciendo de puente como mensajero entre el DNA y las proteínas, que son las que realizan la mayoría de las funciones de la célula. Pero, sorprendentemente, los espectaculares descubrimientos de los últimos años están demostrando que el RNA en las células hace mucho más que actuar como simple mensajero del DNA. Estos descubrimientos sugieren que parte del RNA no es simplemente el intermediario entre el DNA y las proteínas, sino el producto final. Hoy se sabe que grandes regiones del DNA, que no contienen genes que codifican proteínas, y que se habían considerado como regiones basura, realmente poseen el código para muchos de estos RNAs.

Todo empezó con el descubrimiento, hace ahora algo mas de 20 años, de que el RNA puede actuar como una molécula catalizadora (1,2), que participa en ciertos procesos celulares y no requiere ayuda de ninguna proteína, lo que abrió la puerta a una nueva perspectiva sobre el papel del RNA en las células (premio Nóbel en Química a S. Altman y T. Cech en 1989). Pronto se vio que el RNA puede catalizar su propia replicación y la síntesis de otras moléculas de RNA, surgiendo así el concepto de enzimas RNA o riboenzimas y demostrándose que el RNA puede también tener por si mismo funciones importantes. Muchos de estos riboenzimas se encuentran predominantemente en los viroides y RNAs satélites de plantas. Todos estos descubrimientos condujeron a pensar que el RNA fue el primer material genético en la tierra y que la vida comenzó probablemente como un mundo de RNA. Esta hipótesis sobre un mundo de RNA implica que las moléculas de RNA aparecieron antes que las de DNA y que las proteínas.

Poco tiempo después, en los años 90, se descubrió en plantas un fenómeno nuevo de supresión de la expresión genética, mediado por RNA y dependiente de homología de secuencia, que se llamó silenciamiento génico o silenciamiento por RNA. El silenciamiento de genes podía ocurrir a nivel transcripcional, actuando sobre el DNA para dirigir la eliminación de secuencias y la inhibición de la transcripción, llamándose entonces silenciamiento génico transcripcional (TGS), o a nivel posttranscripcional, actuando sobre el RNA mensajero (mRNA) para dirigir así su degradación y la supresión de la traducción, llamándose entonces silenciamiento génico posttranscripcional (PTGS) (3,4). El silenciamiento génico se vio que está relacionado con la acumulación de pequeños RNAs interferentes (siRNAs) que corresponden al promotor silenciado o al RNA degradado, en el caso de TGS o PTGS, respectivamente (5,6). El estudio de las infecciones virales en plantas aportó nuevas pruebas sobre este mecanismo desconocido de silenciamiento de genes mediado por RNA. Se observó también la producción de siRNAs derivados de la degradación del RNA de los virus, en respuesta a la infección por estos virus, y se vio que las células de la planta tienen un mecanismo de defensa eficiente contra los virus que está basado en el fenómeno de PTGS.

Sin embargo, este fenómeno descubierto en plantas parecía enigmático hasta que unos años mas tarde, en 1998, se descubrió un fenómeno similar de silenciamiento de genes en el gusano Caenorhabditis elegans, una especie muy usada por los genéticos en investigación, que se llamó interferencia por RNA (RNAi) (7), que dio una explicación inesperada del silenciamiento génico en plantas con consecuencias biológicas profundas (premio Nóbel en Fisiología y Medicina a A. FIRE y C. MELLO en 2006). Se observó que cuando se inyectaba en el gusano mRNA especifico de un gen naturalmente producido, o una secuencia específica del mRNA pero de polaridad antisentido o complementaria, no se producía ningún efecto, pero cuando se inyectaron en los gusanos secuencias del mRNA sentido y antisentido juntas, en forma de RNA bicatenario o dsRNA, sorprendentemente se produjo el silenciamiento de dicho gen. La investigación posterior demostró que inyectando dsRNA específico de cualquier gen se puede silenciar dicho gen, y eso solamente inyectando algunas pocas moléculas. Los autores del descubrimiento llegaron a una serie de conclusiones en su estudio, entre otras que el silenciamiento era eficientemente producido por la molécula bicatenaria o dsRNA, pero no por cualquiera de las dos moléculas separadas de cadena sencilla sentido y antisentido del dsRNA y que el silenciamiento era específico para el RNA mensajero o mRNA de secuencia homóloga al dsRNA.

Además, especularon sobre la posibilidad de que el dsRNA se podría utilizar por el propio organismo para silenciar genes de forma natural. Por otro lado, apuntaron que el fenómeno de RNAi podía proporcionar una explicación para el fenómeno de PTGS estudiado en las plantas varios años antes. Nuestro laboratorio confirmó esta observación al demostrar que la aplicación en plantas de dsRNA de diversas regiones genómicas virales interferían de manera eficiente y específica con la infección de los respectivos virus. La interferencia resultó específica tanto de homología de secuencia entre el virus y el dsRNA inductor, como del carácter bicatenario de la molécula interferente, ya que transcritos de cadena sencilla de polaridad sentido o antisentido no redujeron la infectividad viral (8), lo que nos permitió desarrollar y patentar un método para interferir con la infección de virus en plantas mediado por RNAi (9).

Actualmente, y desde el año 2001, se están descubriendo y estudiando en animales y plantas un gran número de pequeños RNAs de 20 a 27 nucleótidos, pertenecientes a dos clases de RNAs, los microRNAs (miRNAs) y los siRNAs.

Estos RNAs endógenos, con funciones reguladoras específicas, parece que desempeñan funciones esenciales en todos los organismos y están cambiando nuestra opinión sobre el mecanismo de regulación de la expresión genética. Se sabe que los pequeños miRNAs son procesados a partir de precursores más grandes, con estructura de dsRNA y que pueden regular la expresión de los genes en la célula. Se estima que hay más de 500 miRNAs en células de mamíferos, y que un porcentaje alto de todos los genes están regulados por miRNAs.

Parecía evidente desde el principio que la significación del descubrimiento de RNAi sería excepcional. El conocimiento de que las células tienen un mecanismo especial para reconocer y procesar el RNA bicatenario (dsRNA) y suprimir así la expresión de genes homólogos, ha sido totalmente inesperado y ha ampliado espectacularmente nuestro conocimiento del control genético y de la regulación de la expresión genética. Sorprendentemente, la maquinaria de RNAi puede manejar tanto el dsRNA externo que se incorpora a la célula como el que es generado dentro de la célula. Las consecuencias, sin entrar en detalles, pueden ser resumidas como sigue: a) El desarrollo de un organismo y la función apropiada de sus células y tejidos son dependientes de una maquinaria adecuada de RNAi. Hoy se sabe que los miRNAs desempeñan un papel importante durante el desarrollo en plantas y mamíferos y que el control de la expresión de los genes dependiente de miRNA, representa un importante y nuevo mecanismo de regulación genética, aunque la significación biológica de estos pequeños RNAs reguladores todavía no ha sido completamente descifrada, b) La infección por virus RNA se puede bloquear mediante RNAi, lo que sugirió que RNAi podría constituir un mecanismo natural de defensa antiviral. Cuando fue evidente que PTGS en las plantas equivale a RNAi en animales, se dedujo que RNAi está implicado en la protección de las células de ataques virales. Hoy sabemos que este mecanismo antiviral está establecido especialmente en plantas y animales más inferiores, c) RNAi asegura la estabilidad del genoma celular haciendo que los elementos móviles y extraños en el genoma, como ciertos virus o transposones, se puedan mantener silenciados, d) El descubrimiento de RNAi ha proporcionado una nueva y poderosa herramienta experimental para estudiar la función de los genes que está actualmente teniendo un enorme impacto en estudios de funcionalidad de genes individuales en todo tipo de organismos y, por último, e) RNAi va a representar una aproximación muy útil en la terapia genética, lo cual levanta actualmente enormes expectativas sobre los usos futuros de RNAi en medicina, aunque las aplicaciones potenciales en el tratamiento de enfermedades están aún en su infancia.

BIBLIOGRAFÍA

1. CECH, T. R., ZAUG, A. J. AND GRABOWSKI, P. J. (1981). In Vitro splicing of the ribosomal RNA precursor of Tetrahymena: involvement of a guanosine nucleotide in the excision of the intervening sequence. Cell 27, 487?496.

2. GUERRIER-TAKADA, C., GARDINER, K., MARSH, T., PACE, N. AND ALTMAN, S. (1983). The RNA moiety of ribonuclease P is the catalytic subunit of the enzyme. Cell 35, 849?857.

3. MATZKE M.A., PRIMIG M., TRNOVSKY J., MATZKE A.J. (1989). Reversible methylation and inactivation of marker genes in sequentially transformed tobacco plants. EMBO J. 8: 643?649.

4. VAN DER KROL A.R., MUR L.A., BELD M., MOL J.N., STUITJE A.R. (1990). Flavonoid genes in petunia: Addition of a limited number of gene copies may lead to a suppression of gene expression. Plant Cell 2: 291?299.

5. HAMILTON A.J. AND BAULCOMBE D.C. (1999). A species of small antisense RNA in posttranscriptional gene silencing in plants. Science 286: 950?952.

6. METTE M.F., AUFSATZ W., VAN DER WINDEN J., MATZKE M.A., MATZKE A.J. (2000). Transcriptional silencing and promoter methylation triggered by double-stranded RNA. EMBO J. 19: 5194?5201.

7. FIRE, A, XU, S, MONTGOMERY, MK, KOSTAS, SA, DRIVER, SE, AND MELLO, CC (1998). Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature 391, 806-811.

8. TENLLADO, F., AND DÍAZ-RUÍZ, J.R. (2001). Double-stranded RNA-mediated interference with plant virus infection. J. Virol. 75:12288-12297.

9. TENLLADO, F., LLAVE, C., AND DÍAZ-RUÍZ, J.R. (2004). RNA interference as a new biotechnological tool for the control of virus diseases in plants. Virus Res. 102, 85-96.