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Revista de salud publica del Paraguay

On-line version ISSN 2307-3349

Rev. salud publica Parag. vol.10 no.1 Asunción June 2020

https://doi.org/10.18004/rspp.2020.enero.74-79 

ARTÍCULO DE REVISIÓN

Biogénesis y mecanismo de acción de los MicroARN como biomarcadores séricos en las enfermedades cardiovasculares

Biogenesis and mechanism of action of MicroRNAs as serum biomarkers in cardiovascular diseases

Christian Osmar, Chávez Alfonso1 

Osmar Antonio, Centurión2 

1Universidad Nacional de Asunción, Hospital de Clínicas, División de Medicina Cardiovascular, San Lorenzo, Paraguay

2Sanatorio Metropolitano, Departamento de Investigación en Ciencias de la Salud, Fernando de la Mora, Paraguay


RESUMEN

Las enfermedades cardiovasculares constituyen la principal causa de mortalidad y morbilidad en el mundo actualmente, lo que obliga a la realización de los continuos avances en las estrategias diagnóstico precoz y tratamiento con el fin de mejorar el pronóstico y disminuir la mortalidad. Sin duda esto abre las puertas al campo de la investigación y en los últimos años aparecen los llamados biomarcadores séricos y entre ellos los microARN (miARN) que juegan un papel fundamental tanto en el desarrollo y como en la regulación del sistema cardiovascular. Los microARN tienen un tamaño de 19-25 nucleótidos, son el grupo de ARN de pequeño tamaño que ha atraído mayor atención durante los últimos años. Hasta la fecha, se han identificado aproximadamente unos 2500 miARN en el genoma humano. Los miARN desempeñan un papel en la regulación de diversos procesos biológicos, como la embriogénesis, la proliferación y diferenciación celular, la apoptosis o la tumorogénesis.En el sistema cardiovascular, los miARN controlan el crecimiento y la contractilidad de los cardiomiocitos, el desarrollo y mantenimiento del ritmo cardíaco, la formación de la placa arterioesclerótica, el metabolismo de los lípidos y la angiogénesis. Además están vinculados en la fisiopatología de varias enfermedades cardiovasculares, fundamentalmente la insuficiencia cardiaca, el infarto de miocardio, la enfermedad coronaria, la ateroesclerosis, y las cardiomiopatías de diversas etiologías, de allí que su determinación en la circulación podría ser de utilidad en la práctica clínica como potencial biomarcador diagnóstico y pronóstico de las enfermedades cardiovasculares.

Palabras clave: Micro RNA; Enfermedades cardiovascularesBiomarcadores séricos.

ABSTRACT

Cardiovascular diseases are the main cause of mortality and morbidity in the world today, which forces the continuous progress in early diagnosis and treatment strategies in order to improve the prognosis and decrease mortality. Undoubtedly this opens the doors to the field of research and in recent years there are the so-called serum biomarkers and among them microRNAs (miRNAs) that play a fundamental role both in the development and in the regulation of the cardiovascular system. The microRNAs are 19 to 25 nucleotides in size, they are the small group of RNA that has attracted the most attention in recent years. To date, approximately 2,500 miRNAs have been identified in the human genome. The miRNAs play a role in the regulation of various biological processes, such as embryogenesis, cell proliferation and differentiation, apoptosis or oncogenesis. In the cardiovascular system, miRNAs control the growth and contractility of cardiomyocytes, the development and maintenance of heart rhythm, the formation of atherosclerotic plaque, lipid metabolism and angiogenesis. They are also linked in the pathophysiology of several cardiovascular diseases, mainly heart failure, myocardial infarction, coronary heart disease, atherosclerosis, and cardiomyopathies of various etiologies, hence their determination in circulation could be useful in clinical practice as a potential biomarker in the diagnosis and prognosis of cardiovascular diseases.

Keywords: Micro RNA; Cardiovascular diseases; Serum biomarkers.

INTRODUCCIÓN

Las enfermedades cardiovasculares constituyen la principal causa de mortalidad y morbilidad en el mundo actualmente, lo que obliga a la realización de continuos avances en las estrategias de diagnóstico precoz y tratamiento con el fin de mejorar el pronóstico y disminuir la mortalidad. Sin duda esto abre las puertas al campo de la investigación y en los últimos años aparecen los llamados biomarcadores séricos y entre ellos los microARN que juegan un papel fundamental tanto en el desarrollo y como en la regulación del sistema cardiovascular 1-4. Además están vinculados en la fisiopatología de varias enfermedades cardiovasculares, fundamentalmente la insuficiencia cardiaca, el infarto de miocardio, la enfermedad coronaria, la ateroesclerosis, y las cardiomiopatías de diversas etiologías, de allí que su determinación en la circulación podría ser de utilidad en la práctica clínica como potencial biomarcador diagnóstico y pronóstico de las enfermedades cardiovasculares.

Alrededor del 1 al 3% del genoma humano contiene información relevante para la síntesis de proteínas1, el resto es considerado con ADN basura o “junk”. Sin embargo, eso no significa que no cumplen función alguna, en la actualidad se reconoce su papel trascendental en la regulación de la expresión génica, también llamados ARN funcionales o ARN no codificantes (ARNnc) no traducidos a proteínas a diferencia del ARN mensajero (ARNm)2. Los ARNnc se clasifican en 2 subclases: ARNnc de cadena larga (mayores de 200 nucleótidos) y ARNnc pequeños (menores de 200 nucleótidos). Los microARN (miARN), con un tamaño de 19-25 nucleótidos, son el grupo de ARN de pequeño tamaño que ha atraído mayor atención durante los últimos años desde su descubrimiento en el nematodo Caenorhabditis elegans, microARN lin-43.Hasta la fecha, se han identificado aproximadamente 2500 miARN en el genoma humano4.

Los miARN afectan la producción de proteínas interactuando con los ARN mensajeros transcriptos (ARNm), silenciando así la expresión de genes5.Los miARN desempeñan un papel en la regulación de diversos procesos biológicos, como la embriogénesis, la proliferación y diferenciación celular, la apoptosis o la tumorogénesis6.En el sistema cardiovascular, los miARN controlan el crecimiento y la contractilidad de los cardiomiocitos, el desarrollo y mantenimiento del ritmo cardíaco, la formación de la placa arterioesclerótica, el metabolismo de los lípidos y la angiogénesis7.

Los miARN circulantes intervienen en la regulación de las vías de señalización asociadas al envejecimiento y pueden utilizarse como nuevos marcadores de diagnóstico para enfermedades agudas y crónicas, como las patologías cardiovasculares. Se detectan en la circulación en forma estable, lo que los hace candidatos atractivos para biomarcadores no invasivos.

El objetivo de esta revisión es proporcionar una visión general de la biología de los miRNA, analizando su biogénesis y mecanismo de acción como biomarcadores séricos en las enfermedades cardiovasculares.

Biogénesis de los microARN y su mecanismo de acción

Los miARN son secuencias de ARN no codificantes de un promedio de unos 22 nucleótidos de longitud. Su función principal es regular la expresión génica y el control del desarrollo del tejido y la homeostasis8. Los genes miARN son una parte integral conservada evolutivamente del genoma celular. Se pueden transcribir como unidades de transcripción independientes en regiones intergénicas o en los intrones y exones de genes codificadores de proteínas5.

Los genes miARN pueden existir individualmente o formar grupos que contienen múltiples componentes de miARN. Los miARN se transcriben en el núcleo por la ARN polimerasa II (ARN Pol II)9y en menor medida por la ARN polimerasa III (ARN Pol III)10a los miARN primarios (pri-miARN). Los pri-miARN son escindidos por un complejo de proteínas que contiene la ARNasa III endonucleasa Drosha con el cofactor DGCR8 en aproximadamente 70 nucleótidos precursores miARN (pre-miARN) con una estructura en horquilla11. Una proteína dependiente de GTP, exportina-5, reconoce un tallo corto de 2-3 nucleótidos que sobresalen al final de los pre-miARN y los transporta del núcleo al citoplasma. Alternativamente, los pre-miARN se pueden procesar independientemente del complejo de Drosha a través del corte y empalme directo de intrones.

En el citoplasma, el pre-miARN se divide por la ARNasa III endonucleasa y su cofactor la proteína de unión a ARN (TRBP) en aproximadamente 22 nucleótidos de doble cadena de miARN. Este miARN de doble hebra contiene la cadena de ARN guía (miARN) y la cadena de ARN pasajero (miARNp) que habitualmente se degrada. El complejo de silenciamiento inducido por ARN (RISC), que contiene las proteínas argonauta 2 (Ago2), se activa por la presencia del miARN y dirige el complejo de silenciamiento inducido por miARN (miRISC) al ARNm9-11.

El sitio objetivo de miARN a menudo está presente en la región 3' no traducida (3'-UTR) del ARNm que contiene secuencias complementarias, denominadas elementos de reconocimiento de miARN11. De acuerdo con la complementariedad perfecta o imperfecta de las secuencias miARN-ARNm, los miARN pueden reprimir la expresión génica induciendo la degradación del ARNm o bloqueando la traducción12.

La mayoría de los miRNA se localizan intracelularmente, pero algunos de ellos se liberan en la sangre en asociación con proteínas (Ago2, nucleofosmina 1 y lipoproteínas) o como un componente de microvesículas derivadas de células (exosomas, o cuerpos apoptóticos). Los miARN pueden liberarse en respuesta a estímulos de activación celular, lesiones o después de la muerte celular13. En la circulación, los miARN se transportan a sitios distantes e interactúan con células fusionándose con la membrana celular o a través de la unión mediada por receptores, lo que sugiere que los miARN desempeñan un papel en la comunicación de célula a célula13,14. Actúan como un auténtico sistema de comunicación intercelular regulando la expresión génica y el fenotipo de las células receptoras. Al igual que sus formas intracelulares, los miARN extracelulares participan tanto en respuestas fisiológicas y adaptativas como en el inicio y en el desarrollo de estados patológicos, incluyendo las enfermedades cardiovasculares.

MicroARN: Fisiología y fisiopatología cardiovascular

La alteración de los valores de expresión de miARN afecta directamente a la expresión de los ARNm diana y, por lo tanto, los miARN son elementos potencialmente causales de la enfermedad15. La relevancia de la regulación de la expresión génica a través de los miARN en el desarrollo y en la homeostasis del sistema cardiovascular, así como la implicaciones de los miARN en la patología cardiovascular, están bien establecidas8. Tal es así que la alteración de los perfiles de expresión en los distintos tejidos que conforman el sistema cardiovascular se asocia con trastornos como la insuficiencia cardiaca, la aterosclerosis y las cardiomiopatías de diversa etiología16.

Los miARN se expresan en cardiomiocitos, fibroblastos, células endoteliales y células vasculares musculares lisas; controlan prácticamente todos los aspectos de la biología del sistema cardiovascular, incluyendo el remodelado y la fibrosis cardiaca, la apoptosis, la inflamación, la proliferación, la angiogénesis y el metabolismo.

La sobreexpresión, represión, deleciones, modificaciones epigenéticas o polimorfismos de un solo nucleótido en el miARN maduro pueden dar como resultado la eliminación o variaciones en la afinidad de unión al ARNm objetivo, desencadenando desequilibrios de regulación génica en condiciones normales y de enfermedad. Los estudios sobre la regulación epigenética de las vías relacionadas con enfermedad cardiovascular han ido en aumento con el objetivo de definir nuevos y potenciales marcadores de enfermedad útiles, como los miARN circulantes que son células-tejido específicas17-20. En realidad, algunos miARN en plasma son bastante particulares de las patologías cardiovasculares y, por lo tanto, pueden usarse con fines de diagnóstico, para monitoreo de la respuesta a la terapia estándar y actualmente incluidos en ensayos clínicos con finalidad terapéutica.

MicroARN circulantes y enfermedad cardiovascular

Se ha encontrado que los miARN circulantes son notablemente estables en plasma incluso en condiciones extremas como ebullición, pH bajo o alto, almacenamiento prolongado a temperatura ambiente y en varios ciclos múltiples de congelación-descongelación18-26. Curiosamente, los miARN circulantes están protegidos de la actividad ARNasa endógena, y actualmente existe evidencia de que esta protección se logra mediante el empaquetamiento de los miARN plasmáticos en micropartículas como los exosomas, microvesículas o cuerpos apoptóticos19, por la fijación a proteínas de unión a ARN por ejemplo, Argonauta 2 y nucleofosmina 120o mediante unión a lipoproteína de alta densidad21.

Debido a su estabilidad en la circulación, los miARN se exploran actualmente por su potencial como biomarcadores en una amplia gama de enfermedades cardiovasculares27-34. El biomarcador ideal cumple una la siguiente serie de criterios:

Criterios y requisitos del biomarcador ideal

  1. accesible mediante métodos no invasivos.

  2. un alto grado de sensibilidad y especificidad a la enfermedad.

  3. permitir la detección temprana.

  4. sensibilidad a los cambios relevantes en la enfermedad.

  5. una larga vida media dentro de la muestra.

  6. la capacidad de detección rápida y precisa.

Los miARN circulantes cumplen prácticamente la mayoría de estos criterios.22. A menudo están regulados de forma específica para el tejido y la patología, y se pueden detectar con alta sensibilidad y especificidad utilizando secuencias específicas de amplificación. Como son ácidos nucleicos, los miARN ofrecen ventajas sobre los biomarcadores utilizados en la actualidad en la práctica clínica; los biomarcadores basados en péptidos pueden presentar distintas variantes de la misma molécula y están sujetos a modificaciones post-traduccionales que dificultan su detección35-40. Debido a su pequeño tamaño y a su composición química, los miARN son moléculas menos complejas que la mayoría de las moléculas biológicas del plasma; lo que facilita su determinación23. Estos hallazgos han llevado a la idea de que los miARN circulantes podrían tener un papel potencial como biomarcadores en la detección de las diferentes entidades de enfermedades cardiovasculares41-45.

CONCLUSIÓN

Los miARN desempeñan un papel en la regulación de diversos procesos biológicos, como la embriogénesis, la proliferación y diferenciación celular, la apoptosis o la tumorogénesis.En el sistema cardiovascular, los miARN controlan el crecimiento y la contractilidad de los cardiomiocitos, el desarrollo y mantenimiento del ritmo cardíaco, la formación de la placa arterioesclerótica, el metabolismo de los lípidos y la angiogénesis. Adicionalmente, están vinculados en la fisiopatología de varias enfermedades cardiovasculares, fundamentalmente la insuficiencia cardiaca, el infarto de miocardio, la enfermedad coronaria, la ateroesclerosis, y las cardiomiopatías de diversas etiologías, de allí que su determinación en la circulación podría ser de utilidad en la práctica clínica como potencial biomarcador diagnóstico y pronóstico de las enfermedades cardiovasculares.

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Cómo referenciar este artículo:Chávez Alfonzo CO, Centurión OA. Biogénesis y mecanismo de acción de los MicroARN como biomarcadores séricos en las enfermedades cardiovasculares. Rev. salud publica Parag. 2020; 10(1): 74-79

Recibido: 11 de Noviembre de 2019; Aprobado: 03 de Febrero de 2020

Autor correspondiente:Osmar Antonio Centurión, email:osmarcenturion@hotmail.com

Editor Responsable:

Ángel Ricardo Rolón

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