El ARN mensajero o ARNm es el ácido ribonucleico que transfiere el código genético procedente del ADN del núcleo celular a un ribosoma en el citoplasma, es decir, el que determina el orden en que se unirán los aminoácidos de una proteína y actúa como plantilla o patrón para la síntesis de dicha proteína.Mattei, J.-F. (2001/2002). El genoma humano (Ethical eye: the human genome). Sáez García, M. A.; Chao Crecente, M.; Vázquez, D. A., y Rodríguez-Roda Stuart, J., trad. Colección La Mirada de la Ciencia. Madrid: Council of Europe/Editorial Complutense. Glosario (p. 201). ISBN 84-7491-665-8 Se trata de un ácido nucleico monocatenario, al contrario del bicatenario ADN.
A pesar de que la mayoría de los ARNm eucarióticos son monocistrónicos, es decir, contienen información para una sola cadena polipeptídica, algunos estudios han demostrado que ciertos genes eucarióticos organizados en grupos se transcriben como policistrónicos, al igual que en los organismos procariotas. Los ARNm policistrónicos codifican más de una proteína.Devlin, T. M. (2004). Bioquímica, 4ª ed. Barcelona: Reverté. ISBN 84-291-7208-4
thumb|220px| El ciclo del ARN mensajero en una célula eucariota. Traducción y Transcripción: el ADN se transcribe a ARNm en el núcleo de una célula. Posteriormentes, un ribosoma, el ARNm y muchos ARNts, cada uno de ellos unido a un aminoácido, interactúan para producir una molécula de péptido o de proteína.
Procesamiento del ARN mensajero El ARN mensajero obtenido después de la transcripción se conoce como ARN transcrito primario o ARN precursor o pre-ARN, que en la mayoría de los casos no se libera del complejo de transcripción en forma totalmente activa, sino que ha de sufrir modificaciones antes de ejercer su función (procesamiento o maduración del ARN). Entre esas modificaciones se encuentran la eliminación de fragmentos (splicing), la adición de otros no codificados en el ADN y la modificación covalente de ciertas bases nitrogenadas.
Procesamiento en células eucariotas thumb|220px|Figura 1. Fases del ARN mensajero: Transcripción, Maduración del ARN y Traducción
Concretamente, el procesamiento del ARN en eucariotas comprende diferentes fases:
Protección por la CAP El proceso se inicia con la adición al extremo 5' de la estructura denominada «caperuza» o «casquete», que es un nucleótido modificado de guanina, la 7-metilguanosina trifosfato, que se añade al extremo 5' de la cadena del ARNm transcrito primario (ubicado aún en el núcleo celular) mediante un enlace trifosfato 5'-5', en lugar del enlace 3',5'-fosfodiéster habitual. Esta caperuza es necesaria para el proceso normal de traducción del ARN y para mantener su estabilidad. Esto es fundamental para el reconocimiento y el acceso apropiado del ribosoma.
Señal de poliadenilación Luego se da el proceso de poliadenilación, que consiste en la adición al extremo 3' de una cola poli-A, una secuencia larga de poliadenilato, es decir, un tramo de ARN cuyas bases son todas adenina. Su adición está mediada por una secuencia o señal de poliadenilación (AAAAAA), situada unos 11-30 nucleótidos antes del extremo 3' original (Figura 2). Esta cola protege al ARNm de la degradación, y aumenta su vida media en el citosol, de modo que se puede sintetizar mayor cantidad de proteína. miniaturadeimagen|Figura 2. ARNm con la proteína CAP y la cadena de poli A en los extremos
Señal de empalme En la mayoría de los casos, el ARN mensajero sufre la eliminación de secuencias internas, no codificantes, llamadas intrones. Esto no ocurre en células procariontes, ya que estas no poseen intrones en su ADN. El proceso de retirada de los intrones y conexión o empalme de los exones se llama ayuste o corte y empalme (en inglés, splicing). A veces un mismo transcrito primario o pre-ARNm se puede ajustar de diversas maneras, y permite que con un solo gen se obtengan varias proteínas diferentes; a este fenómeno se le llama ayuste alternativo. Ciertas enzimas parecen estar involucradas en la edición del ARN antes de su exportación fuera del núcleo, intercambiando o eliminando nucleótidos erróneos. Por esta razón, es posible decir que el plegamiento que sufre el ARNm momentos antes de la eliminación de los intrones le confiere una estructura secundaria que perderá, a su vez, en el momento en el que esos intrones sean eliminados.
Proceso final El ARN mensajero maduro es trasladado al citosol de la célula, en el caso de los organismos eucariontes, a través de poros de la envoltura nuclear. Una vez en el citoplasma, se acoplan al ARNm los ribosomas, que son la maquinaria encargada de la síntesis proteica. En procariontes, la unión de los ribosomas ocurre mientras la cadena de ARNm está siendo sintetizada. Después de cierta cantidad de tiempo, el ARNm se degrada en sus nucleótidos componentes, generalmente con la ayuda de ribonucleasas.
Procesamiento en células procariotas
El proceso de transcripción y el de traducción se realizan de manera similar que en las células eucariotas. La diferencia fundamental está en que, en las procariotas, el ARN mensajero no pasa por un proceso de maduración y, por lo tanto, no se le añade caperuza ni cola ni se le quitan intrones. Además, no tiene que salir del núcleo como en las eucariotas, porque en las células procariotas no hay un núcleo definido.
ARN mensajeros monocistrónicos y policistrónicos
ARNm monocistrónico: solo tiene un codón de inicio AUG, que es reconocido por los ribosomas para iniciar la traducción, por lo que solo da lugar a una proteína. Se dice que lleva la información de un único gen. Es habitual en eucariotas. ARNm policistrónico: tiene varios codones de inicio AUG (por lo que también harán falta varios codones de paro para detenerlos, a menos que tengan solapado el código de lectura y vayan de 3 en 3, en cuyo caso un solo codón de paro podría detenerlos todos), por lo que da lugar a varias proteínas. Se dice que lleva información de varios genes. Es habitual en procariotas.
El ARNm de secuencia se descodifica en conjuntos de tres nucleótidos Una vez que se ha producido un ARNm, por transcripción y el procesamiento de la información presente en sus nucleótidos de secuencia se usa para sintetizar una proteína. La transcripción es sencilla de entender como un medio de transferencia de información: desde ADN y ARN son química y estructuralmente similares, el ADN actúa como una plantilla directa para la síntesis de ARN por complementariedad de bases. Con el término de transcripción se significa que consiste en como si un mensaje escrito a mano se convierte, por ejemplo, en un texto escrito a máquina. El lenguaje en sí mismo y la forma del mensaje no cambian, y los símbolos que se utilizan están estrechamente relacionados.
Transporte de ARN mensajero en lugar de proteínas El transporte del ARNm en lugar de proteínas presenta varias ventajas significativas para una célula: Los costos de transporte se reducen, ya que varias moléculas de proteínas pueden ser traducidas a partir de una sola de ARNm. El transporte del ARNm puede impedir que las proteínas actúen ectópicamente antes de que lleguen al sitio apropiado, lo que es importante en el caso de los determinantes maternos, ya que una expresión inapropiada alteraría el patrón embrionario. La traducción localizada puede facilitar la incorporación de proteínas en complejos macromoleculares mediante la generación de altas concentraciones de proteínas locales y la co-traducción de diferentes subunidades. La proteínas nacientes pueden tener propiedades distintas de las proteínas preexistentes, en virtud de modificaciones postraduccionales o mediante vías de plegado ayudado por las proteínas chaperonas. Se puede afinar la expresión génica en el espacio y el tiempo.
Como ejemplo se encuentran la orientación de diferentes empalmes a distintos comportamientos celulares y la activación de la traducción localizada del ARNm específicamente en su destino, en respuesta a señales tales como señales de guía, liberación de neurotransmisores o fertilización.
Correlación entre la cantidad de ARN mensajero y proteína Mediante experimentaciones se ha determinado la relación entre el ARNm y los niveles de expresión de proteínas de genes seleccionados que se expresan en la levadura Saccharomyces cerevisiae. Para este proceso se realizó un lisiado total de las levaduras y mediante electroforesis bidimensional de alta resolución se separó el contenido proteico. Gracias a estas investigaciones se ha podido identificar que la correlación entre el ARNm y los niveles de proteínas son insuficientes para predecir cuantitativamente los niveles de expresión de ARNm para generar la proteína. una observación interesante. Datos interesantes obtenidos es que un sesgo de los codones no son predictores para determinar los niveles de proteína o de ARNm.
Regulación de la estabilidad del ARN mensajero en células de mamíferos
miniaturadeimagen|292x292px|Figura 3. Vías de decaimiento del ARN mensajero en células de mamíferos. La desadenilación dependiente (izquierda) y la desadenilación independiente (es decir endonucleolítica) (derecha) se representan por dos vías distintas.
Normalmente, la célula coordina la degradación o estabilización de varios subconjuntos funcionales de los ARNm que codifican las proteínas necesarias para el metabolismo biológico de los mamíferos. También se pueden dar estímulos, tanto intrínsecos como extrínsecos, los cuales activan vías de transducción de señales que modifican los distintos mecanismos de descomposición del ARNm (Figura 3).
Las tasas de degradación del ARN mensajero cambian a menudo como respuesta a un estímulo, con lo que rápidamente aumenta o disminuye la cantidad de ARNm para satisfacer las necesidades de una célula en función de las proteínas individuales que se codifican. Existen muchas proteínas implicadas en la degradación del ARN mensajero las cuales se concentran en lugares estratégicos del citoplasma y se denominan cuerpos de procesamiento (P-bodies) las transcripciones enteras de P-bodies pueden salir del citoplasma y volver a los polirribosomas para la traducción.
Existen numerosas vías de señalización que regulan la degradación del ARN mensajero. Una de las principales es la AUF1 la cual es una vía que se encuentra sujeta a la fosforilación de tirosina por acción de la enzima NPM-ALK quinasa (cinasa del linfoma anaplásico, una proteína expresada en un subconjunto de linfosomas). La hiperfosforilación de AUF1 contribuye a una mayor estabilidad de los ARNm que codifican numerosas ciclinas as como la oncoproteína MYC.
Se ha visto que ARNs no codificantes se ven inmersos en procesos de la degradación del ARN mensajero. Un ejemplo claro son micro ARN y ARN de interferencia los cuales forman aproximadamente el 3% de todos los genes humanos y que se encargan de regular la expresión génica mediante el control de la traducción y degradación del ARNm.
Patologías
Enfermedades por splicings crípticos y ARNm