RNA mensajero policistrónico

Qué es el RNA mensajero policistrónico

«Policistrónico» combina el prefijo griego πολύς (polýs, «mucho») con «cistrón», un término que no viene de la biología molecular clásica sino de la genética de la recombinación: lo acuñó Seymour Benzer en 1957 a partir del llamado test cis-trans, que aplicó sobre la región rII del bacteriófago T4 para definir la unidad funcional de un gen capaz de codificar un único polipéptido. Un ARN mensajero policistrónico agrupa, por tanto, varios cistrones seguidos en la misma molécula de ARN. Esto no debe confundirse con el operón, que es la unidad de ADN y de regulación génica que da origen a ese transcrito: el operón describe por qué varios genes se transcriben juntos, mientras que el RNA mensajero policistrónico es, sencillamente, la molécula resultante.

Una señal de inicio por cada cistrón

Lo que permite traducir varias proteínas a partir de un único mensajero no es magia bioquímica, sino que cada cistrón lleva incorporada su propia señal de arranque. En bacterias, esa señal es la secuencia de Shine-Dalgarno, un tramo rico en purinas que John Shine y Lynn Dalgarno describieron en 1974 al comparar el extremo 3' del ARN ribosómico 16S con las regiones que preceden a los codones de inicio. La secuencia se aparea directamente con ese extremo del ARN ribosómico y coloca al ribosoma justo sobre el codón de inicio del cistrón correspondiente, sin que le haga falta reconocer el extremo 5' del mensajero ni recorrerlo por rastreo. De ahí que el ribosoma pueda terminar de traducir un cistrón, liberarse, y volver a engancharse unas bases más adelante para empezar el siguiente, o incluso que varios ribosomas inicien simultáneamente en distintos cistrones del mismo transcrito.

Los mensajeros eucariotas casi nunca funcionan así. El ribosoma humano reconoce la caperuza del extremo 5' y recorre el mensajero hasta encontrar el primer codón de inicio en un contexto favorable, un modelo de «rastreo» que rara vez le permite reiniciar de forma eficiente en un segundo cistrón situado más adelante.

Las excepciones eucariotas: orgánulos, virus y un mecanismo de rastreo poco fiel

Entre los orgánulos, los genomas de cloroplastos conservan una organización en operones heredada de sus antepasados cianobacterianos, y algunos estudios con operones heterólogos introducidos en cloroplastos de tabaco han confirmado, mediante fraccionamiento de polisomas, que esos mensajeros llegan a traducirse sin procesar, como policistrones auténticos. Entre los virus que infectan células eucariotas existe un caso muy estudiado: el genoma del virus de la parálisis del grillo, de la familia Dicistroviridae, contiene dos pautas de lectura dirigidas cada una por su propio sitio interno de entrada del ribosoma, uno situado al principio del genoma y otro en la región intergénica. No conviene confundir esta estrategia con la de otros virus de ARN, como los picornavirus, que traducen todo su genoma como una única proteína larga (una poliproteína) que después se corta en piezas funcionales: ahí solo hay un cistrón, aunque el resultado final también sean varias proteínas. En células humanas sanas, la traducción de más de un cistrón desde el mismo mensajero solo ocurre de forma marginal, por mecanismos poco eficientes como el reinicio tras un primer cistrón corto o el llamado rastreo con fugas, cuando el ribosoma pasa de largo un codón de inicio débil y arranca en el siguiente.

Preguntas frecuentes

¿Todas las bacterias tienen mensajeros policistrónicos?

No todos sus genes se organizan así, pero sí es el patrón dominante. Buena parte del genoma bacteriano se transcribe en operones que producen un único ARN mensajero con varios cistrones consecutivos.

¿En qué se diferencia de un operón?

El operón es la unidad de ADN, con su propio promotor y sus mecanismos de regulación; el RNA mensajero policistrónico es el ARN que ese operón produce al transcribirse. Un mismo operón puede dar lugar, según el punto donde termine la transcripción, a mensajeros con distinto número de cistrones.

¿El ribosoma traduce los cistrones en un orden fijo?

Generalmente sigue el orden en que aparecen en el mensajero, de 5' a 3', pero no todos se traducen con la misma eficiencia. La accesibilidad de cada secuencia de Shine-Dalgarno, y su distancia exacta al codón de inicio, determina cuántas veces se traduce cada cistrón.

¿Puede fabricarse un mensajero policistrónico en el laboratorio con fines distintos a los naturales?

Sí. Los sitios internos de entrada del ribosoma de virus como los dicistrovirus se emplean de forma habitual en construcciones bicistrónicas para expresar dos proteínas a la vez desde un solo transcrito en sistemas de laboratorio.

Referencias

1. Shine J, Dalgarno L. The diversity of Shine-Dalgarno sequences sheds light on the evolution of translation initiation. RNA Biology, 2021 (revisión que recoge el hallazgo original de 1974).
2. Cell Press. Seymour Benzer (1921-2007). Current Biology.
3. Verhounig A et al. Characterization of Heterologous Multigene Operons in Transgenic Chloroplasts. PNAS.
4. Jan E et al. Naturally occurring dicistronic cricket paralysis virus RNA is regulated by two internal ribosome entry sites. PNAS, 2000.