Degradación de mARN por ribozimas secuencia-específicas

La regulación génica ocurre a varios niveles, incluyendo la transcripción, la estabilidad del mARN, y la traducción. Otra forma de controlar la expresión génica es hacer que un mARN específico sea el blanco de la maquinaria de degradación. Una vez que un gen ha sido transcrito a ARN, ocurren una serie de eventos de procesamiento que llevan a la producción de un mARN maduro. La transferencia de información desde el mARN a la proteína puede ser bloqueada por oligonucleótidos anti-sentido o ribozimas. En 1982 varios laboratorios descubrieron que ciertas reacciones de splicing de ARN eran catalizadas por enzimas compuestas de ARN llamadas ribozimas. Las ribozimas incluyen los intrones del grupo I y grupo II, la sub-unidad ARN de la ARNsa P, ribozimas de horquilla del virus de la hepatitis delta, ribozimas ribosomales y ribozimas de cabeza de martillo (o hammerhead). Las ribozimas, como los agentes anti-sentido, la acción consiste en la formación de pares de bases complementarias, pero ellas pueden también cortar el ARN blanco, dando lugar a su degradación. La ribozima hammerhead, fue descubierta en viroides y esta involucrada en el procesamiento de mensajes poli-cistrónicos. De forma natural actúa en cis durante la replicación viral, pero se puede producir una ribozima hammerhead que actúe en trans sobre otras moléculas de ARN. La ribozima hammerhead de acción trans consiste de secciones anti-sentido (denominadas "tallos" I y III) y un dominio catalítico con un tallo adyacente así como una sección en asa. La ribozima y su sustrato hibridizan a través de los tallos I y III. En teoría la ribozima hammerhead puede ser re-diseñada para cortar cualquier mARN. La especificidad del corte y su eficiencia viene determinada por los brazos de unión (tallos I y III). El corte es una reacción de trans-esterificación, en la cual reacciona el extremo 5'-hidroxil y el extremo 2',3'- fosfato cíclico en el sustrato nucleotídico. Esta es una de las enzimas ARN más pequeñas conocidas y pudiera tener utilidad en terapia génica, al cortar mARN que codifiquen genes nocivos o esenciales para la supervivencia de ciertas células. Los blancos potenciales para la degradación mediada por ribozimas incluyen proteínas virales, reguladoras del ciclo celular, factores de trascripción y proteínas de fusión aberrantes17.


El mayor reto para el uso de esta técnica in vivo, es mantener la eficiencia catalítica de las ribozimas en un ambiente celular donde ocurren complejas interacciones moleculares. El transporte de las ribozimas al interior celular puede realizarse de dos formas, por medios endógenos o exógenos. La estrategia endógena plantea la inserción del gen de la ribozima a continuación de un promotor en el genoma de la célula blanco. Esto requiere el uso de vectores retrovirales o adenovirales. El envío mediante métodos exógenos requiere el uso de ribozimas modificadas químicamente para hacerlas mas resistentes a la degradación por núcleasas. Por ejemplo, la síntesis de híbridos hammerhead ADN-ARN (también llamadas ribozimas quiméricas), en la que algunos ribonucleótidos fuera del núcleo catalítico son reemplazados por 2'-desoxiribonucleótidos, resulta en una mayor resistencia a las núcleasas y un incremento de 6 veces en la actividad catalítica de la misma. Las ribozimas a diferencia de los oligonucleótidos, no pueden ser introducidas a las células mediante receptores, y el acoplamiento a colesterol o L-lisina no es eficiente puesto que las moléculas son posteriormente degradadas por las enzimas lisosomales. La opción más exitosa es la integración de la ribozima a la superficie de liposomas catiónicos, que permite la evasión de la endocitosis y, por tanto, de la degradación lisosomal.