En los últimos años, la tecnología del ARN mensajero (ARNm) ha pasado de ser una promesa a una herramienta clave en la lucha contra enfermedades. Su papel en el desarrollo de vacunas contra la Covid-19 marcó un antes y un después en la medicina, abriendo la puerta a tratamientos innovadores para el cáncer, enfermedades raras y otras infecciones emergentes. Ahora, investigadores de todo el mundo trabajan en ampliar sus aplicaciones, demostrando que esta tecnología no solo salvó millones de vidas, sino que también tiene el potencial de transformar el futuro de la salud global.
En este contexto, investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) están mapeando el ARNm a lo largo de su ciclo de vida dentro de una célula, lo que podría conducir al desarrollo de mejores terapias y vacunas de ARN. El estudio de Xiao Wang, quien lidera el trabajo sobre el ARN, reúne a estudiantes de diversas disciplinas, como química, biología, informática y neurociencia.
Su laboratorio está enfocado en desarrollar herramientas que identifiquen la ubicación exacta en la célula donde los distintos tipos de ARN mensajero se traducen en proteínas. Esta información es clave para comprender cómo las células regulan su destino y qué procesos fallan en el desarrollo de enfermedades, especialmente en el cerebro.
El camino para comprender el ARNm
Antes de comenzar su investigación, Wang investigó en otro laboratorio una modificación común del ARNm, conocida como m6A, que regula tanto la eficiencia de su traducción en proteínas como su degradación dentro de la célula. Además, también comenzó a estudiar el impacto de estas modificaciones en el desarrollo embrionario.
Para ello, utilizó peces cebra como modelo, ya que sus embriones transparentes permiten observar en tiempo real su evolución desde la fertilización hasta la fase de larva en solo dos días. Este trabajo despertó su interés en el desarrollo de técnicas que permitieran visualizar la expresión de distintos tipos de ARN en todo el organismo. Así, descubrió que este enfoque también podría aplicarse al estudio del cerebro.
Durante su etapa posdoctoral, colaboró con el profesor Karl Deisseroth en el desarrollo de métodos de obtención de imágenes de ARN. Aunque existen técnicas para identificar moléculas de ARNm en células individuales, estas no proporcionan información precisa sobre su ubicación dentro de la célula. Para superar esta limitación, comenzó a desarrollar una técnica innovadora llamada STARmap, diseñada para lograr una "transcriptómica espacial" que permitiera visualizar con mayor precisión la distribución del ARNm en los tejidos.
Con esta técnica, los investigadores fijan las moléculas de ARNm en su ubicación original mediante formaldehído y, luego, el tejido se trata con sondas de ADN fluorescentes complementarias a las secuencias de ARNm objetivo. Estas sondas permiten capturar imágenes y realizar secuenciaciones que revelan la ubicación exacta de cada tipo de ARNm dentro de la célula. Gracias a este método, es posible visualizar la expresión de miles de genes en células individuales, proporcionando una visión detallada de la organización espacial del ARNm en los tejidos.
De la imagen a la comprensión
Ahora, el equipo que dirige Wang trabaja en la expansión de la técnica STARmap para aplicarla al estudio de la función y el cableado cerebral. Además, están desarrollando herramientas que les permitan rastrear el ciclo de vida completo de las moléculas de ARNm, desde su síntesis hasta su traducción y degradación, así como analizar su transporte dentro de la célula a lo largo de su existencia.
Entre estas herramientas destaca RIBOmap, diseñada para identificar la ubicación de las moléculas de ARNm mientras son traducidas en los ribosomas. Además, otra técnica en desarrollo permite medir la velocidad de degradación del ARNm tras su transcripción, proporcionando información clave sobre su estabilidad y regulación en la célula.
Una de las cuestiones clave en esta investigación es cómo los distintos tipos de células regulan de manera diferencial el ciclo de vida del ARN y cómo esta regulación influye en su diferenciación. Además, las variaciones en el control del ARN podrían desempeñar un papel en enfermedades como el alzhéimer.
En un estudio de 2023, Wang y el profesor Morgan Sheng aplicaron una versión de STARmap para analizar cómo las microglías, las células inmunitarias del cerebro, se vuelven más inflamatorias a medida que se acumulan placas de beta amiloide, un sello distintivo de la enfermedad del Alzheimer. Además, también están investigando cómo las diferencias en la traducción del ARNm pueden contribuir a la esquizofrenia y otros trastornos neurológicos.
