"Algunos de los conceptos que vamos a tratar en esta página sobre ataxias, y más concretamente hereditarias, pueden resultar incomprensibles sin una idea básica sobre la genética molecular". (Miguel-A).
Genes interrumpidos: El empleo del método de absorción de Southern para el estudio de la estructura génica condujo a un importante hallazgo en el campo de la biología molecular. Éste consiste en el descubrimiento de la existencia, en los organismos eucariotas (plantas y animales), de regiones del ADN llamadas exones (que se expresan), que contienen información para la codificación de proteínas y están interrumpidas por otras secuencias del ADN, llamadas intrones (que no se expresan). Estos intrones se transcriben junto a los exones a moléculas de ARN y son eliminados durante el proceso de maduración del ARN. Este proceso ocurre en el interior del núcleo celular y el resultado es una molécula de ARNm sin interrupciones, es decir, sólo con los exones. Este ARNm maduro se traslada al citoplasma celular y se une a los ribosomas, donde tiene lugar la traducción o síntesis de proteínas.
El significado de los intrones no está claro, pero permiten diferentes combinaciones de los exones presentes en el ARN inmaduro, que se procesará de distinta manera según los tipos de células. Este sistema de maduración alternativa produce proteínas relacionadas pero diferentes a partir del mismo gen.
Control de la transcripción: La técnica de absorción de Nothern se puede emplear para detectar la presencia de moléculas de ARNm, procedentes de genes determinados, en extractos de tejido intacto. Estos estudios se complementan con la hibridación in situ, que detecta el ARNm en células individuales, y de esta forma se conoce su distribución en el tejido. La conclusión es que, en la mayoría de los casos, el ARNm codificador de una proteína específica, está presente sólo en los tejidos y en las células donde se expresa la proteína. De forma similar, los precursores inmaduros de moléculas de ARN que contengan aún intrones, no son detectados en los tejidos si no están presentes el ARNm o las proteínas.
En consecuencia, en la mayoría de los casos, la producción de proteínas diferentes en los distintos tejidos está regulada por los genes que se han transcrito en cada tejido, lo cual determina a su vez la eliminación de intrones y la traducción de proteínas. Esto se demuestra midiendo la proporción de transcripción de un gen específico en diferentes tejidos, donde la proteína puede estar presente o ausente.
La síntesis de proteínas distintas en los tejidos es vital para la comprensión de las diferencias funcionales de los mismos y está controlada por la transcripción. Además, la transcripción está regulada por factores de transcripción, los cuales se unen a secuencias específicas del ADN (las regiones reguladoras) y activan este proceso. Puede ser que cada tejido tenga los factores específicos que activan la transcripción de genes concretos, pero también es posible que estén presentes, de forma inactiva, en todas las células. En ese caso se activarían por señales específicas, como una modificación posterior a su síntesis, por ejemplo por adición de residuos fosfato (fosforilación). Esto activará la transcripción de los genes que respondan a la señal.
Secuenciación del ADN: Al igual que se estudia la expresión y la estructura de los genes se puede conocer, mediante el sistema de secuenciación de ADN, su orden lineal de bases. El método más utilizado fue ideado por Frederick Sanger en 1977 y en la actualidad se emplea en el Proyecto Genoma Humano, que intenta secuenciar por completo el genoma humano. Gracias a esta técnica se puede conocer, utilizando el código genético, la secuencia lineal de las cuatro bases, AGCT y por consiguiente, la secuencia de aminoácidos de la proteína correspondiente. Es más sencillo secuenciar el ADN que hacerlo en la proteína correspondiente, por lo tanto en la actualidad, la secuencia de aminoácidos se determina de forma indirecta a partir del gen correspondiente. La utilidad de este método se pone de manifiesto con el estudio de enfermedades genéticas.
Se secuencia un gen involucrado en una enfermedad, en individuos sanos y en individuos enfermos y al comparar ambas secuencias se descubre la alteración de la proteína que provoca la enfermedad. La variación de tan sólo una base puede provocar la sustitución de un aminoácido por otro, e incluso puede dañar un segmento del ADN, alterando así la porción correspondiente de proteína.
Estructura y función de las proteínas: La función biológica de una proteína está determinada por la secuencia de aminoácidos que la componen y por la configuración espacial (estructura plegada en el espacio). En la década de 1960, John Kendrew, propuso el modelo de estructura espacial de la mioglobina, a partir de la proteína purificada y mediante cristalografía de rayos X. A continuación, Max Peratz lo hizo con una molécula más compleja, la hemoglobina. La hemoglobina está compuesta por cuatro subunidades tipo mioglobina. Para conocer el orden de aminoácidos de una proteína se secuencia ADN, sin embargo, el análisis estructural de la misma se realiza sintetizando proteína a partir de un gen clónico (gen idéntico, que se inserta por ejemplo, en el genoma de una bacteria). De este modo se obtiene proteína en gran cantidad. Además se pueden introducir cambios específicos en el ADN genómico, mediante una mutación localizada, para que la bacteria sintetice una proteína alterada. Los estudios de proteínas alteradas, han logrado demostrar la relación de la secuencia de aminoácidos con la estructura y función de la proteína resultante.
De la investigación a la aplicación terapéutica: La producción de grandes cantidades de proteína se realiza mediante la expresión del ADN correspondiente en grandes cantidades. Este método se utiliza con fines terapéuticos, en individuos que sufren alguna enfermedad causada por la ausencia de proteínas específicas. La labor de purificación de tales proteínas se realiza a partir de animales o de cadáveres humanos. Éste ha sido el planteamiento empleado para producir insulina en el tratamiento de la diabetes y de hormona del crecimiento en el enanismo. En la actualidad, los intentos han estado encaminados a prescindir de la fase de producción de proteínas y a tratar a los individuos con enfermedades genéticas aportando los genes funcionales, de modo que la proteína necesaria la sintetice el individuo afectado. La terapia génica aplicada desde la infancia ofrece a los afectados la esperanza de un futuro mejor.
Perspectivas de futuro: La biología molecular ha avanzado mucho en los cuarenta años siguientes al descubrimiento de la estructura del ADN. Estos progresos ofrecen la posibilidad real de conseguir un tratamiento eficaz de las enfermedades humanas. Para ello es necesaria la comprensión de fenómenos tan complejos como el desarrollo embrionario o el funcionamiento del organismo adulto. Aunque quedan muchos retos por superar, la biología molecular ha alcanzado una gran importancia en nuestros días, tanto es así, que hace 20 años no hubiera merecido un artículo en una enciclopedia general.