20 octubre 2014
El código genético es el conjunto de reglas que permiten traducir una secuencia denucleótidos, presente en el ARN, en la secuencia de aminoácidos de una proteína. Esta traducción es posible porque cada aminoácido se encuentra codificado por tres nucleótidos concretos a los que llamamos codón. Es un código casi universal, que funciona en todos los seres vivos conocidos. Un código no exento de complejidad pues al traducirlo no cambiamos sólo de idioma, sino incluso de sintaxis. Se pasa de un lenguaje de cuatro letras, las correspondientes a los diferentes nucleótidos que componen el ARN, a otro de veinte, los distintos aminoácidos proteicos.
Una de las características más llamativas de este código genético es que esdegenerado yredundante. Esto quiere decir que la mayor parte de los aminoácidos son codificados por más de un codón. Hay 61 codones para sólo 20 aminoácidos… Es decir, hay codonessinónimos, que portan la misma información. Tradicionalmente, se consideraba que las mutaciones sinónimas no tenían ninguna trascendencia biológica dado que no alteraban la naturaleza del aminoácido codificado. Se hablaba demutaciones silenciosas. Este panorama, sin embargo, ha cambiado drásticamente a lo largo de los últimos diez años. Hoy sabemos que la degeneración del código genético influye en procesos como el control y coordinación de la expresión de genes o el correcto plegamiento de las proteínas. Hasta el momento, más de cincuenta enfermedades humanas han sido ya relacionadas con la existencia de mutaciones sinónimas, por ejemplo.
Está completamente demostrado que las células no utilizan de forma indistinta los codones sinónimos. Existe una clara preferencia en función de las especies y de las circunstancias metabólicas en las que la traducción tenga lugar. Se dice que el código genético estásesgado; hay codones preferidos. Todo indica, por tanto, que existe una información adicional, más allá de la mera traducción. Una información que debe estar presente de alguna forma en el ADN y/o en el ARN mensajero (ARNm), la molécula encargada de trasladar la información codificada en los genes a losribosomas, las nanomáquinas que producen las proteínas. Una información que constituye un auténtico código genético oculto, que porta una información no explícita que sólo ahora se está empezando a vislumbrar. Un código que ejerce su influencia en la toma de decisiones acerca de cuándo y cómo se lee cada gen, cada secuencia de ADN o ARN, y no sólo en lo que sería la traducción directa de nucleótidos en aminoácidos. Un código que no afecta a la transmisión de la información propiamente dicha, sino a las reglas que la regulan. A cómo y cuándo se transcribe la información almacenada en el genoma.
Según se va avanzando en el entendimiento de este nuevo código, surgen más y más evidencias de que la complejidad de un organismo no radica en su número de genes, como inicialmente se pensó, sino en suregulación. Es este avance el que permite explicar la sorpresa inicial que supuso descubrir que el genoma humano, el del organismo que creíamos como el más complejo, tuviese escasamente veinte mil genes. Un organismo aparentemente tan anodino como el arroz puede tener más del doble, por ejemplo. Un organismo que ni siquiera piensa… Y efectivamente parece ya también claro que este código genético no explícito puede influir poderosamente en esta regulación, especialmente controlando la expresión de los genes y la velocidad de la traducción del ARN en proteínas.
Simplificando un tanto, se puede decir que el control de la expresión de los genes se ejerce a través de la acción de una gran variedad de proteínas, que conocemos como factores de transcripción, que modulan precisamente la conversión del mensaje de ADN en ARN. Se habla detranscripción porque se utiliza un lenguaje casi idéntico, en el que sólo cambia una de las letras utilizadas, uno de los nucleótidos. La regulación la ejercen uniéndose, o no, a regiones concretas del ADN que actúan como auténticos interruptores que encienden, o apagan, la expresión de genes. Una mutación sinónima en una de estas regiones no cambiaría la naturaleza del aminoácido codificado, pero sí la de la secuencia de ADN que contiene dicho codón, haciéndola más o menos reconocible por el correspondiente factor. Es decir, podría cambiar drásticamente la cantidad y naturaleza de las proteínas producidas, conduciendo a la aparición de patologías originadas por fallos en la regulación de la transmisión de la información del código, aunque no en el contenido literal de la misma.
El otro aspecto, la velocidad a la que los ribosomas producen las proteínas, influye tanto en la fidelidad del proceso como en su correcto plegamiento. Un ribosoma que vaya demasiado rápido, o demasiado despacio, cometerá más errores. Los ribosomas, por otra parte, lo que sintetizan son cadenas lineales de aminoácidos que para ser funcionalmente activas tienen que plegarse en forma de estructuras tridimensionales concretas, que se denominan conformaciones nativas. Variaciones en esta velocidad influyen, a su vez, en la cinética del plegamiento y pueden conducir a conformaciones erróneas, no funcionales. Es decir, existe una velocidad óptima de producción para cada proteína. Cuando la proteína es muy grande, el propio ribosoma produce pausas para favorecer este correcto plegamiento. Ya se sabe que la secuencia del ARNm influye decisivamente en la velocidad a la que actúa el ribosoma a través de la formación de pequeñas estructuras, resultantes de interacciones entre nucleótidos, y de la disponibilidad de otras moléculas de ARN, los ARN de transferencia (ARNt), que son los que transportan el aminoácido correcto para cada codón concreto. Por un lado, un cambio sinónimo en un codón puede, por tanto, alterar la estructura del ARNm, haciendo que varíe la velocidad a la que lo lee el ribosoma. Por otro, puede cambiar la disponibilidad de los ARNt. Normalmente, los codones sinónimos más frecuentes se corresponden también con los ARNt más abundantes. Si una mutación sinónima produce un codón poco frecuente, la disponibilidad del ARNt correcto será menor y, por ello, la velocidad de traducción disminuirá, pudiéndose alterar la conformación final de la proteína.
En definitiva, este nuevo código genético oculto, regulador, no explícito, que sólo ahora estamos empezando a comprender, nos permite volver a situarnos en el centro del Universodel que parecíamos haber sido desplazados por los resultados iniciales del Proyecto Genoma Humano.Tenemos pocos genes, pero su regulación es compleja.Presumiblemente, extremadamente compleja en organismos tan importantes como nosotros… Nuestra visión antropocéntrica de la Naturaleza queda así temporalmente a salvo. Veremos hasta cuándo.
Bibliografía recomendada
Hunt RC, Simhadri VL, Iandoli M, Sauna ZE, Kimchi-Sarfaty C (2014)Exposing synonymous mutations. Trends in Genetics 30, 308-321.
Ivanova NN, Schwientek P, Tripp HJ, Rinke C, Pati A, Huntemann M, Visel A, Woyke T, Kyrpides NC, Rubin EM (2014) Stop codon reassignments in the wild. Science 344, 909-913.
Martínez del Pozo, A. (2010) ¿Estaba Christian Anfinsen en lo cierto? Anales de la Real Sociedad Española de Química 106, 96-103.
Weatheritt RJ, Babu MM (2013) The hiden codes that shape protein evolution. Science 342, 1325-1326.
Álvaro Martínez del Pozo
Profesor e investigador, Universidad Complutense de Madrid
Fuente:
http://www.bbvaopenmind.com
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