El micro-ARN o mi-ARN es un ARN monocatenario, de una longitud de entre 21 y 25 nucleótidos, que tiene la capacidad de regular la expresión de otros genes mediante diversos procesos, utilizando para ello la ruta de ribointerferencia.
Fueron descritos inicialmente en 1993 por Rosalind Lee y colaboradores en el laboratorio de Víctor Ambros, sin embargo, el término «micro-ARN» solo se acuñó en 2001 en un conjunto de tres artículos publicados en Science (26 de octubre de 2001). A principios de 2008, análisis computacionales realizados por IBM sugerían la presencia de alrededor de 50,000 micro-ARN diferentes en el genoma humano, cada uno tal vez con alrededor de miles de micro-ARN dianas potenciales.Glasser V. Tapping miRNA-Regulated Pathways. Genetic Eng Biotech News Mar 1 2008 (Vol. 28, No. 5)
Definición Una vez descubiertos los siARN y la existencia en las células de proteínas que catalizan la degradación del mARN, los investigadores se preguntaron si los siARN también estaban codificados en el genoma, y empezaron a purificar pequeños ARN (19-25 nt) a partir de diferentes especies animales. Sin embargo, no encontraron siARN, sino los denominados micro-ARN, que se habían identificado anteriormente de forma independiente.
thumb|300px|right|Ilustración de las principales diferencias entre el silenciamiento de genes entre plantas y animales. Los micro-ARN endógenos o los siARN son procesados por DICER e integrados en el complejo RISC, que media el silenciamiento de genes.
thumb|La estructura secundaria en stem-loop (tallo-asa) de un pre-micro-ARN de Brassica oleracea.
Los micro-ARN son moléculas de ARN transcritas a partir de genes de ADN, pero no son traducidas a proteínas. Se expresan en una amplia variedad de seres vivos, desde plantas hasta gusanos y seres humanos. Muchos micro-ARN están bien conservados entre especies, y muchos componentes de la maquinaria de los micro-ARN se han encontrado incluso en arqueas y bacterias, lo que revela que su origen es muy antiguo. Algunos recuentos de micro-ARN en humanos identificaban hasta 800, lo que implicaría que los micro-ARN podrían representar como mínimo el 3 por ciento de los genes humanos.
La secuencia de ADN que codifica para un gen de micro-ARN tiene una longitud que supera al tamaño final del propio micro-ARN e incluye la región micro-ARN y una región que es complementaria a la anterior, lo que permite su apareamiento. Esto conlleva que, durante la transcripción de esta secuencia de ADN, se forman regiones que tienen la capacidad de formar una horquilla y generar un ARN bicatenario primario largo conocido como pri-micro-ARN. Posteriormente, una enzima nuclear llamada DROSHA corta las bases de la horquilla, formando lo que se denomina pre-micro-ARN. Este pre-micro-ARN es transportado desde el núcleo al citoplasma por la exportina 5. Una vez que el pre-micro-ARN está en el citoplasma es fragmentado por la enzima DICER, que lo corta hasta la longitud final de 20-25 nucleótidos.
Función La función de los micro-ARN está relacionada con la regulación de la expresión génica. De esta forma un micro-ARN es complementario de una parte de uno o más ARN mensajeros (ARNm). Los micro-ARN de animales suelen mostrar complementariedad imperfecta con la región 3' UTR, y generalmente inhiben la traducción del mARN, mientras que los de plantas suelen mostrar complementariedad perfecta con regiones codificantes e inducen el corte y la posterior degradación del mARN diana (como ocurre con los siARNs en animales).
Antes de clasificarlos como parte de la ruta del iARN, los micro-ARN fueron identificados inicialmente en gusanos, en los cuales regulan las fases del desarrollo, pero en la actualidad se sabe que están implicados en una amplia variedad de procesos del desarrollo y que además podrían tener una función en el establecimiento de redes y en el ajuste fino de la expresión génica en la célula. Dado que el número de dianas potenciales de los micro-ARN aumenta al número de miles (alrededor del 30% de los genes humanos), los micro-ARN podrían constituir otra capa del circuito regulatorio que existe en las células. Según esto, cualquier desregulación de los micro-ARN podría conllevar grandes problemas regulatorios en la célula, induciendo quizá fenotipos cancerosos. De hecho, se ha mostrado que los perfiles de expresión de los micro-ARN están modificados en un gran número de tipos de cáncer y que la sobreexpresión forzada de los micro-ARN podría conducir al desarrollo de tumores.
Características de los micro-ARN Los micro-ARN se transcriben a partir de diferentes localizaciones genómicas como largos tránscritos primarios (pri-micro-ARN) por la ARN-polimerasa II.
Los micro-ARN pueden encontrarse en muchos tipos de loci en el genoma: La transcripción de los micro-ARN puede estar regulada independientemente por promotores específicos, como ocurre con miR-1–1 y miR-133a-2, que están regulados por los factores de transcripción factores de respuesta al suero y MyoD (ver el apartado Funciones durante el desarrollo para más detalles). Tales micro-ARN pueden de todas maneras estar localizados en intrones pero a menudo con una orientación antisentido. La mayoría de los precursores de micro-ARN presentes en intrones tienen la misma orientación que el gen en el que se alojan y son inicialmente transcritos como parte de su ARN precursor. Por ejemplo, miR-208, que se expresa específicamente en el corazón de humano y ratón, reside en el intrón 28 de la cadena pesada de la α-miosina cardiaca. Los pri-micro-ARN intrónicos pueden producirse por corte del intrón por la endonucleasa DROSHA, después de que se haya realizado el proceso de ayuste. Con pocas excepciones, los micro-ARN que están integrados o se superponen con exones de tránscritos conocidos, están siempre en la misma orientación, y la mayoría se encuentran en las regiones no-codificantes UTR 5′ o 3′ (por ejemplo, miR-198 en follistatin-like 1).
Aproximadamente el 50% de los micro-ARN están en clusters (grupos) de micro-ARN que están inicialmente codificados como un tránscrito policistrónico (que incluye varios genes), que posteriormente se fragmenta en múltiples micro-ARN. En la mayoría de los casos, los micro-ARN policistrónicos comparten el mismo patrón de expresión. Sin embargo, los niveles relativos de los micro-ARN dentro del grupo parecen estar regulados de una manera dependiente del desarrollo y la homeostasis, lo que sugiere una complejidad aún no definida en la regulación de la expresión génica.
Biogénesis y procesamiento thumb|250px|Los micro-ARN (micro-ARN) se producen a partir de un micro-ARN precursor (pre micro ARN), que a su vez se forma a partir de un tránscrito de micro-ARN primario (pri-micro-ARN).
Los genes que codifican micro-ARN son mucho más largos que los micro-ARN procesados maduros; los micro-ARN se transcriben inicialmente como tránscritos primarios o pri-micro-ARN con una caperuza en 5' y una cola de poli-adeninas (poly-A) en 3' y se procesan en el núcleo celular en estructuras cortas de 70-nucleótidos en forma de tallo-asa (stem-loop) conocidas como pre-micro-ARN. En animales este procesamiento se realiza por un complejo proteico llamado Microprocesador, que consta de la nucleasa DROSHA y la proteína de unión a ARN de doble hélice, PASHA. Estos pre-micro-ARN son luego procesados a micro-ARN maduros en el citoplasma mediante la interacción con la ribonucleasa DICER, que también inicia la formación del complejo RISC (ARN-induced silencing complex). Este complejo es el responsable del silenciamiento de genes que se observa debido a la expresión de los micro-ARN y a la interferencia de ARN mediada por siARNs. La ruta varía ligeramente en plantas, debido a que carecen de homólogos de DROSHA; en su lugar, sólo homólogos de DICER realizan algunos de los pasos del procesamiento. La ruta también es diferente para los micro-ARN derivados de tallos-asas (stem-loops) procedentes de secuencias intrónicas; en este caso se procesan por DICER pero no por DROSHA. Tanto la hebra sentido como la antisentido del ADN pueden funcionar como molde para producir micro-ARN.
DROSHA (ARNSEN en humanos) es una proteína nuclear de un tamaño entre 130 y 160 kDa (kiloDalton). Contiene los dominios siguientes: dos dominios ARNasa III (los dominios catalíticos) un dominio dsRBD (double-strand ARN-binding domain, de unión al ARN doble hebra) dominios conservados (en el extremo N-terminal), de los que no se conoce la función.
DROSHA funciona en un complejo (Microprocesador), conjuntamente con una proteína de unión a ARN (denominada PASHA en Drosophila o DGCR8 en mamíferos). DGCR8 es una proteína de unión a ADN que reconoce la zona de unión dsARN–ssARN (ARN doble hebra-simple hebra) y posiciona a la ribonucleasa DROSHA a una distancia de 11 nucleótidos (que corresponde a una vuelta de hélice) desde la zona de unión. Por tanto, la función de DGCR8 en el complejo Microprocesador es análoga al dominio PAZ de DICER; DGCR8 proporciona especificidad de sustrato y posiciona adecuadamente el centro de la ribonucleasa DROSHA. Sin embargo, en el caso de DROSHA-DGCR8, el dominio de especificidad está localizado en una cadena polipeptídica separada de los dominios ARNasa III. Se ha propuesto que el dominio WW de unión a prolinas de DGCR8 interacciona con el extremo N-terminal de DROSHA, rico en prolinas. Es posible que DROSHA tenga otras posibles proteínas asociadas que presenten dominios WW que aporten especificidades de sustrato alteARNtivas y funciones biológicas adicionales de DROSHA.
El procesamiento eficiente de los pre-micro-ARN por DROSHA requiere la presencia de largas colas de ARN de hebra simple tanto en el extremo 3' como 5' de la molécula en horquilla. Estos motivos de ARN de hebra simple (ssARN) pueden variar en composición, mientras que su longitud es de gran importancia para que el procesamiento tenga lugar. Un análisis bioinformático de pri-micro-ARN en humanos y moscas identificó regiones estructurales similares, denominadas 'segmentos basales (basal segments)', 'tallos inferiores (lower stems)', 'tallos superiores (upper stems)' y 'asas terminales (terminal loops)'; basándose en estas estructuras conservadas, se han determinado perfiles termodinámicos de los pri-micro-ARN. El complejo de DROSHA (Microprocesador) corta la molécula de ARN ~2 vueltas de hélice a partir del asa terminal y ~1 vuelta de hélice a partir de los segmentos basales. En la mayoría de las moléculas analizadas esta región contiene nucleótidos no apareados y la energía libre del dúplex es relativamente alta en comparación con las regiones tallo superior e inferior . La mayor parte de los pre-micro-ARN no presentan una estructura de ARN doble hebra (dsARN) perfecta con un asa terminal final. Existen algunas explicaciones posibles para esta selectividad. Una podría ser que dsARN más largos de 21 pares de bases activan la respuesta de Interferón y la maquinaria antiviral de la célula. Otra explicación plausible podría ser que el perfil termodinámico del pre-micro-ARN determina qué hebra será incorporada en el complejo DICER. De hecho, se han detectado claras similitudes entre pri-micro-ARN codificados bien en hebras 5' o 3'.