Los resultados de un estudio realizado por investigadores e investigadoras del CONICET, junto a institutos de investigación extranjeros, fueron publicados recientemente en la prestigiosa revista científica Nature Plants.

Los microARNs son moléculas muy pequeñas que intervienen en los procesos de desarrollo, crecimiento y adaptación de las plantas al ambiente, como así también en la defensa contra virus y bacterias. La función de los microARNs es reconocer ARNs mensajeros por complementariedad de secuencia, y además son los encargados principales del proceso de silenciamiento génico. Cuando los microARNs encuentran un mensajero que tiene la misma secuencia, lo reconocen, se pegan y disparan un proceso de degradación, logrando que ese mensajero se apague y desactivando genes que la planta ya no necesita.

La investigación, realizada por científicos y científicas del Instituto de Agrobiotecnología del Litoral (IAL, CONICET-UNL) -en colaboración con el Centro de Ciencias Vegetales de la Universidad de Copenhague (Dinamarca) y el Instituto de Biología Molecular y Biotecnología de la Universidad Adam Mickiewicz (Polonia)-, logró identificar la forma de producción de microARNs, que hasta el momento se explicaba como un proceso por etapas exclusivamente.

La fábrica de camisas

Pablo Manavella, investigador del CONICET a cargo del Laboratorio de Biología del ARN del IAL y uno de los autores del trabajo, utiliza la metáfora de la fábrica de camisas para graficar el proceso de producción de estas moléculas. “Yo siempre me imaginé la biogénesis de microARNs como una fábrica en la que hay etapas bien definidas en la línea de montaje. Con nuestro hallazgo esta visión se modifica. Ahora vemos que en una misma máquina ocurre todo. Mientras se está tejiendo la tela ya se están cosiendo los botones, cortando la camisa y armándose el cuello, y cuando se agrega el último hilo la camisa está lista.”

El hallazgo se basa en datos previos desarrollados de manera conjunta con otros grupos de investigación. “Veíamos que algunas proteínas de esta maquinaria que cortan los precursores de microARNs se unían al ADN aun cuando el precursor no se había generado. Entonces la pregunta era ¿por qué están listas, por qué están ahí ya disponibles? Lo que nosotros demostramos es que en realidad esto ocurre porque ni bien el precursor empieza a producirse, a transcribirse, la maquinaria ya comienza a procesarlos”, explica el investigador.

El equipo utilizó una versión de la ARN polimerasa modificada para purificar los ARN que la enzima estaba transcribiendo y luego se aplicaron técnicas de secuenciación de alto rendimiento. Esto permitió identificar los intermediarios de procesamiento de los precursores de microARN aún unidos a la polimerasa, lo que demostró el acoplamiento entre transcripción y procesamiento.

Otro aporte de la investigación es que el mecanismo de biogénesis all in one convive con el mecanismo de producción por etapas. En plantas existen 500 genes que codifican microARNs, al igual que en humanos, pero no todos se procesan igual. Algunos eligen el mecanismo all in one y otros el procesamiento por etapas, preferencia que puede cambiar según el medioambiente. “Cuando exponíamos la planta a temperaturas más bajas veíamos que algunos microARNs que habitualmente se procesaban más en el formato ‘fábrica’ pasaban a procesarse en el formato all in one o viceversa. Lo mismo cuando cambiábamos la velocidad con la que la polimerasa actuaba. El mecanismo era fluctuante”, comenta Manavella.

Este trabajo también sugiere que existe una relación entre el modo de procesamiento de microARNs y las funciones de estas moléculas. “Los microARNs pueden actuar dentro de las células reconociendo a los mensajeros o pueden moverse por la planta, en hojas o en raíces” explica el líder del grupo. Normalmente, no todos los microARNs se pueden mover. Lo que el equipo del IAL observó fue que todos los microARNs que se mueven son los que se procesan por el mecanismo all in one. Este dato es importante para establecer la relación entre el modo en que un microARN nace y su función, ya que permitiría la manipulación del proceso. De esta manera sería posible hacer que un microARN se produzca de una forma u otra, logrando que las plantas tengan una mejor respuesta, por ejemplo, al ataque de un patógeno o un virus.

En este proyecto se describió que estructuras híbridas entre ADN y ARN denominadas R-loops son responsables de iniciar el proceso de biogénesis all in one, es decir, de inducir el acoplamiento entre la transcripción y el procesamiento de microARNs. “Lo que vimos es que siempre que aparecían estos R-loops se disparaba el mecanismo de todo en uno. Esto abre la puerta de nuestro siguiente proyecto, que va a intentar responder por qué la presencia de estos R-loops desata la biogénesis all in one” explica Lucía Gonzalo, becaria doctoral en el IAL e integrante del equipo.

La publicación de los resultados en Nature Plants es valorada por Manavella como un reconocimiento al trabajo realizado y un impulso para futuras investigaciones. Y agrega: “Estamos muy contentos de que el impacto y la calidad de nuestro trabajo haya sido reconocido mediante la publicación en una revista de los estándares de Nature Plants. Personalmente creo que este trabajo es un hito importante para nuestro grupo, para CONICET, la Universidad Nacional del Litoral (UNL) y el IAL”.

Referencia bibliográfica

Gonzalo, L., Tossolini, I., Gulanicz, T. et al. R-loops at microRNA encoding loci promote co-transcriptional processing of pri-miRNAs in plants. Nat. Plants 8, 402–418 (2022). https://doi.org/10.1038/s41477-022-01125-