Como funciona el sistema

En el núcleo de cada célula, como en un verdadero ultra computador, con su respectivo código (código genético) está contenida toda la información necesaria para el normal funcionamiento de ella: para que desarrolle todos sus procesos bioquímicos necesarios para la vida, para que cumpla sus funciones, se desarrolle, para que madure, para que envejezca y por último también para que se muera.

Toda esa información está contenida en una larga molécula, llamada Acido desoxirribonucleico (DNA). Es esta misma molécula la que transmite la información cuando una célula se divide o cuando un espermio fecunda a un óvulo para dar inicio a un nuevo ser. En este último caso tanto el espermio como el óvulo aportan su propia información en su propia molécula de DNA. El DNA guarda la información mediante un código, que ya fue descifrado en el año 1953 por Watson y Crick. La molécula de DNA se concibe como una estructura espacial, que se asemeja a una escalera de cuerdas torcidas en espiral, en que las cadenas laterales están formadas por un azúcar (ribosa o desoxirribosa), con una unión fosfórica entre ellas. Las barras que unen las dos cadenas laterales, a modo de peldaños de la escalera, están constituidas por cuatro bases (nucleótidos): dos purinas (Adenina y Guanina) y dos pirimidinas (Citocina y Timina) (ver parte superior de la fig. 3). Su estructura química es tal, que siempre frente a la Timina (T) estará la Adenina (A) y frente a la Guanina (G), la Citocina (C) (fig. 2).

Estas cuatro bases, dispuestas en diferente forma, permiten guardar toda la información necesaria para ordenar los procesos vitales de la célula, tal como lo hace un computador con el código binario, pero que en este caso tiene mucha mayor capacidad por tener cuatro bases en lugar de dos como el código binario de un computador. La información que contiene el DNA se implementa luego de iniciar la síntesis de una proteína. Es decir, el DNA tiene la información como un computador, y en base a ella se sintetiza una proteína específica que debe cumplir la función también específica. Todas las funciones en el interior de una célula son realizadas siempre por proteínas específicas para cada una, cuya síntesis es comandada por el DNA.

La función de una proteína determinada está definida por la secuencia de los aminoácidos que la constituyen, que a su vez está controlada por el DNA. El trozo de DNA, que codifica una proteína específica se llama un ""gene"". En la célula humana, hay aproximadamente 80.000 genes, que codifican 80.000 proteínas diferentes.

La transferencia de la información del gene a la proteína se realiza en un proceso de dos etapas (figura 1). La primera de ellas es la transcripción de la información del DNA a un mensajero, constituido por el ácido ribonucleico o RNA. Este es una copia exacta del DNA, con la diferencia que el nucleótido Timina es reemplazado por uno nuevo, el Uracilo, que también se parea con la adenina. Porque este RNA lleva el mensaje para ser descifrado en otro lugar de la célula, se ha denominado ""RNA mensajero"" o mRNA. Este proceso se realiza en el interior del núcleo de la célula. Más tarde el mRNA, sale del núcleo, llevando el mensaje hacia el citoplasma de la célula (por eso se llama RNA mensajero), y por él viaja hasta unos pequeños organismos llamados ribosomas. Es en este lugar donde se realiza la segunda etapa, que consiste en que la información llevada por el mRNA se traduce en la secuencia de aminoácidos que constituyen la proteína.

Lo esencial en este proceso de transcripción es la secuencia de nucleótidos (figura 2), que de acuerdo a ello van estructurando la cadena de aminoácidos que formarán la proteína (cada tres nucleótidos, corresponde un aminoácido, fig.3).

Todo el mecanismo de la transcripción de la información, se esquematiza en la figura 3, que muestra cómo la primera etapa de la información dada por la secuencia de nucleótidos se transcribe desde el DNA al mRNA. Luego viene la segunda etapa, en que la secuencia de nucleótidos del mRNA se traduce en una secuencia de aminoácidos, que finalmente constituyen la proteína.

Si por ejemplo el gene está dañado por causa de una mutación, que puede ser provocada por una sustancia cancerígena, por los rayos X o por la luz ultravioleta, el error o daño va a pasar al mRNA durante la etapa de transcripción y a su vez la traducción de este mensaje errado va a terminar en la síntesis de una proteína también errada, con un aminoácido en una posición que no corresponde. Esta alteración de la proteína, puede alterar su función, lo que en definitiva se va a traducir en la interferencia de algún proceso metabólico, lo que se exterioriza por una enfermedad.


El concepto de antisentido

Durante los últimos años se ha podido ir descifrando la secuencia de nucleótidos del DNA, tanto de células humanas como también de diferentes bacterias y virus, conocimiento que está permitiendo la posibilidad de intervenir en este código genético, ya sea reemplazando un gene anómalo por uno normal o inhibiendo la expresión de otro gene anómalo. Todo este procedimiento que ha experimentado enormes avances durante los últimos años, es lo que se ha llamado "terapia génica" (Mönckeberg F.: Rev. Médica de Chile, Febrero y Marzo 1996).

Dentro de esta terapia génica, en este artículo analizaremos los avances logrados respecto a esta última posibilidad, es decir, la inhibición de la expresión de un gene mediante la estrategia que se ha denominado "estrategia antisentido. Ella tiene por objeto impedir la transcripción del mensaje, interfiriendo a nivel del mRNA. Esto se consigue utilizando un principio biológico general que permite el normal" modus operandi` del DNA: siempre, por razones de enlaces químicos, el nucleótido Timina se une al nucleótido Adenina, mientras que el nucleótido Citocina se une al nucleótido Guanina (ver figura 2). De modo que si se conoce la secuencia de nucleótidos de un determinado gene anómalo, no deseado, se puede fabricar su contrapartida complementaria, que si se consigue que entre al núcleo de la célula, automáticamente se va a unir a la secuencia respectiva del mRNA y allí se va a detener la transcripción (fig. 4).

Cada gene tiene muchos nucleótidos, pero no es necesario fabricar la contrapartida total del gene. Basta solo una pequeña porción de él (oligonucleótido) que se va a unir a una pequeña porción del mRNA, según sea el caso, para bloquearlo y no pueda transmitir el mensaje. De allí que a este oligonucleótido, que tiene la secuencia de nucleótidos complementaria, se le llame "antisentido" (fig. 4), ya que la operación normal, es la que tiene sentido.


Inhibición de la traducción del mRNA

Para llegar a bloquear un determinado mRNA con un oligonucleótido, debe lograrse que este último se introduzca al núcleo de la célula, la que se hace por medio de un transportador. Lo cual no es fácil, ya que en la sangre existen normalmente enzimas que degradan el RNA a DNA, cortando las uniones de fosfato que une las cadenas de esta molécula. Para impedir la acción de estas enzimas, el oligonucleótido que se prepara, se fabrica reemplazando la unión de fosfato normal por una unión de fosforotionato, que la enzima sanguínea tiene dificultades para cortar (fig. 2).

Pero hay un segundo problema que resolver, y él se refiere a lograr que el oligonucleótido entre a la célula o el núcleo. Para una alta eficiencia en esta etapa se están ensayando diferentes transportadores, que formando un complejo con los oligonucleótidos permiten la introducción de éste a la célula y luego al núcleo. Importantes avances en este sentido ya se han realizado.

Pero aún queda un tercer problema: cómo lograr que el oligonucleótido alcance el compartimiento relevante dentro de la célula, donde se pueda unir a su respectivo mRNA. Con las metodologías actuales, sucede que una gran proporción del oligonucleótido es atrapado en un compartimiento intracelular llamado endosoma (fig.1), donde queda no disponible para unirse al mRNA. En este sentido se están investigando varias aproximaciones, ya sea para engañar al endosoma o acelerar su liberación, cuando éste capta al oligonucleótido. Se ha avanzado, pero la realidad es que aún no se sabe qué porcentaje del oligonucleótido alcanza realmente el núcleo y qué porcentaje se queda en el citosoma. Mientras más oligonucleótidos alcanzan al núcleo, más efectiva es la acción antisentido.


Ensayos antisentido ya realizados

A pesar de todos estos problemas, ya son muchos los ensayos clínicos que se están haciendo para tratar diferentes enfermedades, pero hasta ahora sólo se ha utilizado en células de un paciente, aisladas y trabajadas en el laboratorio, para posteriormente una vez modificadas, volvérselas a reimplantar al mismo paciente. Así por ejemplo, se han tratado células de enfermos con leucemia mielógena crónica. Para ello se extrajeron las células de la médula del paciente y se le introdujo un oligonucleótido antisentido, con el objeto de inhibir la expresión del gene que codifica la proteína p53, que está sobre-expresada en las células leucémicas. Con ello se logró hacer desaparecer las células leucémicas que necesitan esta proteína p53.

Mientras tanto, se irradió la médula del paciente matando así todas las células tumorales que existían en ella y de paso también a las células normales. Una vez hecho esto, se repusieron las células que habían sido tratadas con el oligonucleótido antisentido, que migraron a la médula de donde se habían extraído, pero esta vez sin células leucémicas. Allí comenzaron a producir células normales.

Con igual procedimiento se ha ensayado la técnica antisentido en enfermedades virales, como el virus del papiloma o del SIDA, con el objeto de evitar la replicación del virus. Aparentemente los resultados preliminares son alentadores.

Recientemente se publicaron resultados muy positivos en el tratamiento de la enfermedad de Crohn. Allí la respuesta inflamatoria que causa la enfermedad depende de la adhesión de una proteína que ayuda a las células sanguíneas a atravesar los vasos sanguíneos. Con un oligonucleótido ha sido posible conseguir que esta proteína no se sintetice, con lo que no pueden salir de los vasos sanguíneos y por lo tanto no producen la inflamación. Los enfermos por esta metódica, han estado en remisión por más de un año.

También se ha tratado a enfermos con Talasemia, una forma hereditaria de anemia, que es común en muchas partes del mundo. El tratamiento consiste en un oligonucleótido antisentido que inhibe la expresión de trozos de DNA que se adhieren al gene que codifica la hemoglobina (intrones) y que de esta forma den un mensaje equivocado para la síntesis de la hemoglobina. El oligonucleótido antisentido, se adhiere al intron, dejando al gene de la hemoglobina libre de é1, con lo que se consigue que se sintetice una hemoglobina normal.

Pero donde la técnica antisentido ha sido ensayada con mayor éxito es en el reino vegetal, donde realmente se logra la inhibición de la expresión de un gene no deseado. El ejemplo más característico es el del tomate, donde varios genes tienen que ver con la madurez y el ablandamiento del fruto. Inhibiéndo estos, se consigue un tomate de madurez retardado y que además tiene mayor dureza, lo que es importante para su comercialización. Este tipo de tomates ya están en el mercado.


Aparecieron las ribosimas

Recientemente se descubrió por primera vez, que trozos de RNA tenían acciones catalíticas (enzimáticas), y podían cortar otras secuencias de DNA. Por esta acción, estos trozos de RNA se han llamado ribosimas. Aprovechando esta propiedad, ellas se han agregado por medio de la tecnología oligonucleótidos antisentido, logrando un efecto más definitivo (Science Spectra, Número 7, año 1996, pág. 56).

Según su estructura química y forma se han descrito dos tipos de ribosima, que se han llamado ribosimas "cabeza de martillo" y "puerco espín". Los prototipos de estas ribosimas se encuentran en la naturaleza, especialmente en los viroides de plantas, como los que producen la mancha de los paltos y la mancha de la planta del tabaco. Estas ribozimas contienen secuencias de RNA, que tienen esta posibilidad de cortar otras cadenas RNA, en secuencias de nucleótidos bien determinadas.

Estas ribosimas se han agregado al oligonucleótido, que se unen por dos brazos (fig. 5). Una vez agregadas, estas ribosimas son capaces de cortar el mRNA en un lugar preciso, inactivándolo definitivamente.

En resumen, se ha abierto un mecanismo que permite actuar sobre genes específicos e inhibir su expresión. Ello tiene enormes posibilidades tanto en medicina como también en la agricultura. Sin embargo, es obvio que aún queda mucho camino por recorrer, pero en todo caso es muy promisorio.


(Science vol. 276, Mayo de 1997, pág. 1192).