Los micro RNA: ¿Amigos o enemigos del LUPUS?

Gadea Leboutet, Itzíar Martínez, 3ºBiología Sanitaria: Biología Molecular, UAH

ÍNDICE

  1. ¿Qué son los miRNAs?
  2. Proceso de formación
  3. Funciones del miRNA y regulación sobre la respuesta inmune
  4. Uso clínico de los miRNAs: “mimics” y “AntagomiRs”
  5. Lupus eritematoso sistémico
  6. Patogénesis y relación con los miRNAs
  7. Conclusión
  8. Bibliografía

1. ¿QUÉ SON LOS miRNAs?  

Los microRNA están formados por pequeños RNA no codificantes de entre 17-24 nucleótidos de longitud. Se unen por complementariedad a los RNAm de las regiones 3´UTR (región no traducida) y regulan la expresión génica a nivel postrancripcional, inhibiendo la traducción.  

Se ha visto en diferentes estudios que perfiles de expresión de estos miRNA están afectados en diversas enfermedades autoinmunes, presentándose algunos como biomarcadores de diagnóstico, pronóstico, actividad… en estas patologías. Además, se ha asociado la susceptibilidad, gravedad y actividad de estas enfermedades con la presencia de polimorfismos de nucleótido simple o SNP localizados en genes de miRNA. Estos SNP son lugares específicos en el genoma de cada persona que varían en un par de bases.  (1) 

2. PROCESO DE FORMACIÓN 

Hace no muchos años se creía que el 95% del DNA, era DNA “basura” y que tan sólo una pequeña parte se codificaba para dar lugar a proteínas. Sin embargo, en 1993 se identificó el primer miRNA denominado Lin-4 que no codificaba proteínas, pero actuaba como regulador de la expresión. Esto recalca la importancia de la investigación científica, ya que moléculas que antes se creían que eran “basura”, ahora actúan como potentes targets farmacológicos. (2) 

En cuanto a su mecanismo de síntesis, primero se produce la transcripción de ADN a ARN a partir de la ARN pol II, dando lugar a un transcrito primario retroplegado, el pri-microRNA.   

Este transcrito madura por acción de la endonucleasa Drosha que lo recorta, dando lugar al pre-microRNA. Mediante la exportina 5 se traslada del núcleo al citoplasma. 

Una vez en el citoplasma, sobre este pre-microRNA, actúa la endonucleasa Dicer, recortando aún más esta molécula y obteniendo el microRNA dúplex 

Mediante una helicasa ambas hebras se separan, de manera que sólo una de ellas, la “hebra guía” formará parte del complejo RISC junto con una proteína endonucleasa argonauta (Ago2). La otra, llamada “hebra pasajera” se degradará.  

Este complejo interacciona con la región 3´-UTR del ARNm diana y se une a él por complementariedad. Si el acoplamiento es casi perfecto, Ago2 corta el ARNm en fragmentos y ambos se degradan. Si el acoplamiento es parcial, Ago2 no podrá actuar y se reprime la traducción. 

Síntesis de los microARNs. Figura creada por Biorender. (3) 

3. FUNCIONES DEL miRNA  Y REGULACIÓN SOBRE LA RESPUESTA INMUNE 

Los miRNA pueden modular el 60% de los genes que codifican proteínas e intervienen en procesos como la diferenciación, proliferación, apoptosis y desarrollo. Es la alteración reguladora de estos procesos la causa principal de las patologías. 

A pesar de que la función más estudiada de los miRNA es la regulación de la expresión génica a nivel citoplasmática, también tiene un papel importante a nivel nuclear. Por ejemplo, promoviendo la degradación post-transcripcional de moléculas pequeñas de ARN, moléculas largas no codificantes o ARN codificante. (3) 

Además, el miRISC puede asociarse a subunidades ribosomales en las etapas iniciales de síntesis de ARN ribosómico, promoviendo su interacción con proteínas accesorias, por lo que además puede controlar la expresión génica de la traducción desde la síntesis ribosomal. (3) 

En esta entrada trataremos principalmente su función en la regulación autoinmune. Nuestro sistema inmunológico es altamente específico, y esto se debe a que, a pesar de reconocer y atacar patógenos y tumores nacientes, por lo general no ataca a tejidos propios. Esta especificidad altamente regulada se debe a mecanismos de tolerancia inmunológica que quedan al servicio de los linfocitos T y linfocitos B. Cuando estos mecanismos de tolerancia fallan, nuestros tejidos se ven atacados por el sistema inmune, originando enfermedades autoinmunes (lupus, artritis reumatoide, diabetes de tipo I, esclerosis múltiple…). (2) 

Distintos estudios han demostrado la importancia de la actuación reguladora de los miRNA sobre los linfocitos T y B. Algunos de estos son: miR-125b, miR-150, miR-155, miR-181a/b, miR-223, miR-101, miR-16, miR-148 y miR-146a. Estos estarían implicados en la selección de linfocitos T, maduración y selección de linfocitos B y desarrollo de linfocitos T reguladores.  

4. USO CLÍNICO DE LOS miRNAs: “mimics” y “AntagomiRs”

La expresión anómala de estos miRNA está relacionada con procesos patológicos, mediante un proceso de sobreexpresión infraexpresión de los mismos. En clínica, el objetivo de las terapias es aumentar los niveles de miRNA  especifico así como reducir la expresión en función del problema. (4) 

Actuación de las distintas moléculas terapéuticas en la biogénesis de miRNA. 
Imagen creada con Biorender. (4)

Infraexpresión de miRNA

Cuando el problema resulta de una infraexpresión, se busca aumentar los niveles de miRNA específico, mediante lo que se conoce como “mimics” de miRNA. Estos miRNA sintéticos se caracterizan por presentar la misma secuencia que el miRNA endógeno que no se está expresando correctamente, por lo que es capaz de recuperar los niveles normales de este y por tanto reestablecer su función. 

Otra molécula sintética utilizada es la “short hairpin RNAs (shRNA)” en español, RNA de horquilla corta, cuyo proceso de formación sí es endógeno. Se utilizan para bajar la toxicidad de procesos de síntesis y permiten la creación de más de un miRNA partiendo de un único promotor. 

En muchos procesos cancerígenos, el problema principal es la infraexpresión de estos miRNAs, ya que muchos participan en la regulación del ciclo celular, actuando como moléculas supresoras de tumores. Por lo que normalizar sus niveles de expresión puede resultar eficaz en complementación con tratamientos oncológicos. (5) 

Sobreexpresión de miRNA

Cuando el objetivo es disminuir la expresión de un miRNA que se está sobreexpresando y, por tanto, frenar su función, podemos utilizar moléculas sintéticas llamadas “AntagomiRs”. Estas son capaces de unirse al miRNA endógeno y bloquearlo, regulando así de forma negativa su expresión. 

Otro mecanismo utilizado para frenar la expresión de un miRNA es mediante los sitios de unión competitivos, llamados “Antisense oligonucleotides” (ASOs). Podemos actuar modificándolos e impidiendo que sean degradados por nucleasas, es decir, hacerlos más resistentes a su ataque. También, aumentando su afinidad por proteínas plasmáticas y sus miRNA diana o ampliando su capacidad para activar el sistema inmune innato. 

Con este proceso conseguimos que los miRNA endógenos tengan mayor afinidad por los ASOs (moléculas sintéticas) que por el mRNA donde se tendrían que unir, bloqueando así su función. (5)

5. LUPUS ERITEMATOSO SISTÉMICO  

El lupus eritematoso sistémico (systemic lupus erythematosus, LES) es una enfermedad autoinmunitaria en la que los órganos, tejidos y células se dañan por adherencia de diversos autoanticuerpos y complejos inmunitarios. (6) 

Las causas combinan tendencias genéticas, hormonales y factores ambientales (virus, rayos ultravioleta de la luz solar, medicamentos). (6) 

El lupus generalmente aparece en personas entre los 20 y los 40 años, y es 10 veces más común en mujeres que en hombres. Más frecuente entre individuos de raza negra y asiáticos. (7) 

Los síntomas generales constituyen cansancio, pérdida de peso y fiebre prolongada. También, aparecen síntomas articulares y musculares: El 90% de los pacientes con lupus tienen dolor e inflamación de las articulaciones (artritis.)  

La lesión más conocida de esta enfermedad, aunque no la más frecuente, es el “eritema en alas de mariposa”, que consiste en un enrojecimiento y erupción de la piel en las mejillas y nariz. 

Además, puede cursar problemas en corazón y pulmones: pericarditis y pleuritis. Genera afectaciones en el riñón: nefritis 

Los pacientes que presentan LES son muy sensibles a las infecciones. (7) 

Patogenia molecular del lupus eritematoso sistémico. Imagen extraída de :»Inflammatory etiopathogenesis of systemic lupus erythematosus. an update» (publicado: Agosto 2015)

Como tratamientos se utilizan: 

  • Antiinflamatorios 
  • Antipalúdicos 
  • Corticoides 
  • Inmunosupresores 
  • Inmunoterapia 
Utilización de anticuerpos anti-IFN humanos para tratamiento del LUPUS (imagen extraída de Protein Data Bank ID: 3UX9) 

6. PATOGÉNESIS Y RELACIÓN CON LOS miRNAs 

La enfermedad relacionada con los miRNA en la que centramos nuestra entrada es el Lupus eritematoso sistémico (LES), una enfermedad autoinmune que se caracteriza por presentar reacciones de hipersensibilidad tipo III, con la formación de inmunocomplejos. Se ha visto una relación entre estos miRNA y la aparición, desarrollo y patogenia de esta enfermedad, participando en la regulación de genes inmunorreguladores que forman parte de la vía del interferón tipo I (IFN I). (8) 

Diagrama de reacción de hipersensibilidad tipo III. Imagen extraída de:Figura-2-Diagrama-de-la-reaccion-de-hipersensibilidad-tipo-III.jpg (850×279) (researchgate.net) 
  • Infraexpresión de miARN-146a 

Existe una relación entre las variaciones genéticas de aquellos genes que codifican miARN y la aparición de diversas enfermedades por cambios en la actividad de estos miARN. Por ejemplo, el miARN 146a actúa como regulador epigenético de la respuesta inmunitaria por medio de las vías del factor nuclear kappa B y del interferón tipo I. (9) 

Cuando este microARN 146a sufre modificaciones genéticas aumenta la susceptibilidad al Lupus eritematoso sistémico y también a sus manifestaciones clínicas. (9) 

Por tanto, está claro que los miARN tienen un papel muy importante en la regulación de la homeostasis inmune y ya se ha demostrado en numerosos estudios la presencia de miRNA aberrantes en pacientes con patologías autoinmunes. El lupus eritematoso sistémico es, por tanto, una enfermedad en la que se ha identificado el miRNA-146a como un regulador negativo de la vía del interferón. Por lo tanto, en estos pacientes, vinculamos la activación normal de esta vía con la subexpresion de miRNA-146a. (10) 

El mecanismo de la patogenia es un alelo de riesgo que disminuye la unión de factores de transcripción y por tanto disminuye los niveles de miARN-146a en pacientes con LES. (11) 

  • Sobreexpresión de miRNA-148a

Se ha visto que los niveles de expresión de miRNA-148a se encuentran aumentados en los linfocitos circulantes de pacientes que presentan LES. (2)(6) 

El papel de este miRNA-148a en la patogenia es impedir que las células B autorreactivas inmaduras sean eliminadas en la medula ósea para que no salgan a la circulación periférica donde podrían atacar tejidos propios. Estos miARN reprimen la expresión de genes diana e impiden así la eliminación de estas células. (2)(12)  

Los miARN regulan la expresión de genes diana o targets sin silenciarlos completamente o de manera definitiva, por lo que pueden tener utilidad terapéutica para regular el sistema inmune en pacientes sin inmunosuprimirlo completamente, evitando los efectos negativos que eso conlleva. (2) 
  • Acción sobre los linfocitos T CD4+  

Otro estudio realizado en ratones demostró que la presencia de altos niveles de miARN-148a junto con miARN-21 se relacionaban con la represión de la expresión de metiltransferasas específicas DNMT1 y por tanto con la hipometilación de linfocitos T CD4+. Las metilaciones sobreexpresan genes asociados con la inmunidad. Por tanto, podrían utilizarse estos miARN para generar hipometilaciones en el ADN y limitar así la enfermedad de LES.(13)

Estructura de la DNMT1 de ratón formando un complejo con el DNA. Imagen extraída de Protein Data Bank. ID: 3PT6

7. CONCLUSIÓN

Como conclusión final, debido a la relación que existe con el desarrollo de procesos autoinmunes como el LES, los miARNs son claros merecedores de convertirse en una de las terapias del futuro más prometedoras contra el tratamiento de estas enfermedades. Pueden utilizarse como método de cuantificación, actuando como potentes marcadores biológicos (fisiológicos o patológicos), en función de su infra o sobreexpresión. Además de actuar como herramientas terapéuticas mediante el silenciamiento selectivo de genes. 

8. BIBLIOGRAFÍA

  1. Alemán-Ávila, I., Cadena-Sandoval, D., Morales, M. J., & Ramírez-Bello, J. (2019). Gaceta medica de Mexico155(1), 63–71. https://doi.org/10.24875/GMM.18003591 
  1. A. (2019, 19 octubre). MicroRNAs: pequeños reguladores con un gran impacto en nuestro sistema inmune. SEBBM. https://web2020.sebbm.es/web/es/web/es/divulgacion/rincon-profesor-ciencias/articulos-divulgacion-cientifica/3580-micrornas-pequenos-reguladores-con-un-gran-impacto-en-nuestro-sistema-inmune 
  1. Genotipia, R. (2021, 18 marzo). MicroARNs: Qué son y cómo regulan la expresión génica. Genotipia. https://genotipia.com/microarns-que-son-y-como-regulan-la-expresion-genica/ 
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  1. Bajan, S., & Hutvagner, G. (2020). RNA-Based Therapeutics: From Antisense Oligonucleotides to miRNAs. Cells, 9(1), 137. https://doi.org/10.3390/cells9010137 
  1. Enríquez-Mejíaa, M. G. (2013). Fisiopatología del lupus eritematoso sistémico. Revista de Medicina e Investigación, 1, 8–16. https://www.elsevier.es/en-revista-revista-medicina-e-investigacion-353-articulo-fisiopatologia-del-lupus-eritematoso-sistemico-X2214310613653982 
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