En biología molecular y genética , el sentido de molécula de ácido nucleico , particularmente de una cadena de ADN o ARN , se refiere a la naturaleza de las funciones de la cadena y su complemento en la especificación de una secuencia de aminoácidos . [ cita necesaria ] Dependiendo del contexto, el sentido puede tener significados ligeramente diferentes. Por ejemplo, la cadena de ADN de sentido negativo es equivalente a la cadena plantilla, mientras que la cadena de sentido positivo es la cadena sin plantilla cuya secuencia de nucleótidos es equivalente a la secuencia del transcrito de ARNm .
Debido a la naturaleza complementaria del apareamiento de bases entre los polímeros de ácidos nucleicos, una molécula de ADN bicatenario estará compuesta por dos hebras con secuencias que son complementarias inversas entre sí. Para ayudar a los biólogos moleculares a identificar específicamente cada cadena individualmente, las dos cadenas generalmente se diferencian como la cadena "sentido" y la cadena "antisentido". Una hebra individual de ADN se denomina de sentido positivo (también positiva (+) o simplemente de sentido ) si su secuencia de nucleótidos corresponde directamente a la secuencia de un transcrito de ARN que se traduce o se puede traducir a una secuencia de aminoácidos (siempre que cualquier las bases de timina en la secuencia de ADN se reemplazan con bases de uracilo en la secuencia de ARN). La otra hebra de la molécula de ADN bicatenario se denomina de sentido negativo (también negativa (-) o antisentido ) y es complementaria inversa tanto de la hebra de sentido positivo como del transcrito de ARN. En realidad, es la cadena antisentido la que se utiliza como plantilla a partir de la cual las ARN polimerasas construyen la transcripción de ARN, pero el emparejamiento de bases complementarias mediante el cual se produce la polimerización del ácido nucleico significa que la secuencia de la transcripción de ARN tendrá un aspecto idéntico a la cadena de sentido positivo. , además del uso de uracilo en lugar de timina en la transcripción de ARN.
A veces, las frases cadena codificante y cadena plantilla se encuentran en lugar de sentido y antisentido, respectivamente, y en el contexto de una molécula de ADN bicatenario el uso de estos términos es esencialmente equivalente. Sin embargo, no siempre es necesario que la cadena codificante/sentido contenga un código que se utilice para producir una proteína; Se pueden transcribir tanto ARN codificantes de proteínas como no codificantes .
Los términos "sentido" y "antisentido" son relativos únicamente al transcrito de ARN particular en cuestión, y no a la cadena de ADN en su conjunto. En otras palabras, cualquiera de las cadenas de ADN puede servir como cadena sentido o antisentido. La mayoría de los organismos con genomas suficientemente grandes utilizan ambas hebras, y cada hebra funciona como plantilla para diferentes transcripciones de ARN en diferentes lugares a lo largo de la misma molécula de ADN. En algunos casos, las transcripciones de ARN se pueden transcribir en ambas direcciones (es decir, en cualquiera de las cadenas) desde una región promotora común , o se pueden transcribir desde dentro de intrones en cualquiera de las cadenas (consulte "ambisentido" a continuación). [1] [2] [3]
La cadena sentido del ADN se parece a la transcripción del ARN mensajero (ARNm) y, por lo tanto, puede usarse para leer la secuencia de codones esperada que finalmente se usará durante la traducción (síntesis de proteínas) para construir una secuencia de aminoácidos y luego una proteína. Por ejemplo, la secuencia "ATG" dentro de una cadena sentido de ADN corresponde a un codón "AUG" en el ARNm, que codifica el aminoácido metionina . Sin embargo, la cadena sentido del ADN en sí no se utiliza como plantilla para el ARNm; es la cadena antisentido de ADN la que sirve como fuente para el código de la proteína porque, con bases complementarias a la cadena sentido de ADN, se utiliza como plantilla para el ARNm. Dado que la transcripción da como resultado un producto de ARN complementario a la cadena molde de ADN, el ARNm es complementario a la cadena antisentido de ADN.
Por lo tanto, se utiliza un triplete de bases 3′-TAC-5′ en la cadena antisentido de ADN (complementario al 5′-ATG-3′ de la cadena sentido de ADN) como plantilla que da como resultado un 5′-AUG-3′. triplete de bases en el ARNm. La cadena sentido del ADN tendrá el triplete ATG, que se parece al triplete del ARNm AUG, pero no se usará para producir metionina porque no se usará directamente para producir ARNm. La cadena sentido del ADN se llama cadena "sentido" no porque se utilizará para producir proteínas (no lo será), sino porque tiene una secuencia que corresponde directamente a la secuencia de codones del ARN. Según esta lógica, la propia transcripción de ARN a veces se describe como "sentido".
Algunas regiones dentro de una molécula de ADN bicatenario codifican genes , que generalmente son instrucciones que especifican el orden en el que se ensamblan los aminoácidos para producir proteínas, así como secuencias reguladoras, sitios de empalme , intrones no codificantes y otros productos genéticos . Para que una célula utilice esta información, una hebra del ADN sirve como plantilla para la síntesis de una hebra complementaria de ARN . La cadena de ADN transcrita se denomina cadena plantilla, con secuencia antisentido, y la transcripción de ARNm producida a partir de ella se dice que es una secuencia sentido (el complemento de antisentido). También se dice que la cadena de ADN no transcrita, complementaria a la cadena transcrita, tiene una secuencia con sentido; tiene la misma secuencia sentido que la transcripción del ARNm (aunque las bases T del ADN están sustituidas por bases U del ARN).
Los nombres asignados a cada cadena en realidad dependen de en qué dirección se escribe la secuencia que contiene la información de las proteínas (la información "sensible"), no de qué cadena se representa como "en la parte superior" o "en la parte inferior" (que es arbitrario). La única información biológica que es importante para marcar las cadenas es la ubicación relativa del grupo fosfato terminal 5' y el grupo hidroxilo terminal 3' (en los extremos de la cadena o secuencia en cuestión), porque estos extremos determinan la dirección de la transcripción y traducción. Una secuencia escrita 5′-CGCTAT-3′ es equivalente a una secuencia escrita 3′-TATCGC-5′ siempre que se indiquen los extremos 5′ y 3′. Si los extremos no están etiquetados, la convención es asumir que ambas secuencias están escritas en la dirección 5′ a 3′. La "cadena Watson" se refiere a la cadena superior de 5' a 3' (5'→3'), mientras que la "cadena Crick" se refiere a la cadena inferior de 5' a 3' (3'←5'). [4] Tanto las cadenas de Watson como las de Crick pueden ser cadenas sentido o antisentido dependiendo del producto genético específico elaborado a partir de ellas.
Por ejemplo, la notación "YEL021W", un alias del gen URA3 utilizado en la base de datos del Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI), denota que este gen está en el marco de lectura abierto (ORF) número 21 del centrómero del brazo izquierdo ( L) del cromosoma de Levadura (Y) número V (E), y que la hebra codificante de expresión es la hebra de Watson (W). "YKL074C" indica el ORF 74 a la izquierda del centrómero del cromosoma XI y que la cadena codificante es la cadena de Crick (C). También se utiliza ampliamente otro término confuso que se refiere a los hilos "más" y "menos". Ya sea que la cadena sea sentido (positiva) o antisentido (negativa), la secuencia de consulta predeterminada en la alineación NCBI BLAST es la cadena "Plus".
Se dice que un genoma monocatenario que se utiliza tanto en sentido positivo como en sentido negativo es ambisentido . Algunos virus tienen genomas ambisentido. Los bunyavirus tienen tres fragmentos de ARN monocatenario (ssRNA), algunos de ellos contienen secciones de sentido positivo y negativo; Los arenavirus también son virus ssRNA con un genoma ambisentido, ya que tienen tres fragmentos que son principalmente de sentido negativo excepto parte de los extremos 5 'de los segmentos grande y pequeño de su genoma.
Una secuencia de ARN que es complementaria a un transcrito de ARNm endógeno a veces se denomina " ARN antisentido ". En otras palabras, es una cadena no codificante complementaria a la secuencia codificante del ARN; esto es similar al ARN viral de sentido negativo. Cuando el ARNm forma un dúplex con una secuencia de ARN antisentido complementaria, se bloquea la traducción. Este proceso está relacionado con la interferencia del ARN . Las células pueden producir moléculas de ARN antisentido de forma natural, llamadas microARN , que interactúan con moléculas de ARNm complementarias e inhiben su expresión . El concepto también se ha explotado como técnica de biología molecular, mediante la introducción artificial de un transgén que codifica ARN antisentido para bloquear la expresión de un gen de interés. Se puede utilizar ARN antisentido marcado radiactiva o fluorescentemente para mostrar el nivel de transcripción de genes en diversos tipos de células.
Algunos tipos estructurales antisentido alternativos se han aplicado experimentalmente como terapia antisentido . En los Estados Unidos, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) ha aprobado los oligonucleótidos antisentido de fosforotioato fomivirsen (Vitravene) [5] y mipomersen (Kynamro) [6] para uso terapéutico en humanos.
En virología , el término "sentido" tiene un significado ligeramente diferente. Se puede decir que el genoma de un virus de ARN tiene sentido positivo , también conocido como "cadena positiva", o sentido negativo , también conocido como "cadena negativa". En la mayoría de los casos, los términos "sentido" y "cadena" se usan indistintamente, lo que hace que términos como "cadena positiva" sean equivalentes a "sentido positivo" y "cadena positiva" equivalente a "sentido positivo". El hecho de que un genoma viral sea de sentido positivo o negativo puede utilizarse como base para clasificar los virus.
El ARN viral de sentido positivo ( 5′ a 3′ ) significa que una secuencia particular de ARN viral puede traducirse directamente en proteínas virales (p. ej., las necesarias para la replicación viral). Por lo tanto, en los virus de ARN de sentido positivo, el genoma de ARN viral puede considerarse ARNm viral y la célula huésped puede traducirlo inmediatamente. A diferencia del ARN de sentido negativo, el ARN de sentido positivo tiene el mismo sentido que el ARNm. Algunos virus (por ejemplo, Coronaviridae ) tienen genomas de sentido positivo que pueden actuar como ARNm y usarse directamente para sintetizar proteínas sin la ayuda de un intermediario de ARN complementario. Debido a esto, estos virus no necesitan tener una ARN polimerasa empaquetada en el virión ; la ARN polimerasa será una de las primeras proteínas producidas por la célula huésped, ya que es necesaria para que el genoma del virus se replique.
El ARN viral de sentido negativo (3′ a 5′) es complementario al ARNm viral, por lo que una ARN polimerasa dependiente de ARN debe producir un ARN de sentido positivo antes de la traducción. Al igual que el ADN, el ARN de sentido negativo tiene una secuencia de nucleótidos complementaria al ARNm que codifica; Además, al igual que el ADN, este ARN no se puede traducir directamente en proteínas. En cambio, primero debe transcribirse en un ARN de sentido positivo que actúe como ARNm. Algunos virus (por ejemplo, los virus de la influenza ) tienen genomas de sentido negativo y, por lo tanto, deben transportar una ARN polimerasa dentro del virión.
El silenciamiento de genes se puede lograr introduciendo en las células un "oligonucleótido antisentido" corto que sea complementario a una diana de ARN. Este experimento fue realizado por primera vez por Zamecnik y Stephenson en 1978 [7] y continúa siendo un enfoque útil, tanto para experimentos de laboratorio como potencialmente para aplicaciones clínicas ( terapia antisentido ). [8] Varios virus, como los virus de la influenza [9] [10] [11] [12] El virus sincitial respiratorio (VRS) [9] y el coronavirus del SARS (SARS-CoV), [9] han sido atacados utilizando oligonucleótidos antisentido para inhiben su replicación en las células huésped.
Si el oligonucleótido antisentido contiene un tramo de ADN o un imitador de ADN (ADN fosforotioato, 2′F-ANA u otros), puede reclutar ARNasa H para degradar el ARN objetivo. Esto hace que el mecanismo de silenciamiento de genes sea catalítico. El ARN bicatenario también puede actuar como un agente antisentido catalítico dependiente de enzimas a través de la vía ARNi / ARNip , que implica el reconocimiento del ARNm objetivo mediante el emparejamiento de cadenas sentido-antisentido seguido de la degradación del ARNm objetivo mediante el complejo silenciador inducido por ARN (RISC). El sistema hok/sok del plásmido R1 proporciona otro ejemplo más de un proceso de regulación antisentido dependiente de enzimas mediante la degradación enzimática del dúplex de ARN resultante.
Otros mecanismos antisentido no dependen de enzimas, pero implican el bloqueo estérico de su ARN diana (por ejemplo, para evitar la traducción o inducir un empalme alternativo). Los mecanismos antisentido de bloqueo estérico a menudo utilizan oligonucleótidos muy modificados. Dado que no es necesario el reconocimiento de la RNasa H, esto puede incluir químicas como 2′-O-alquilo, ácido peptídico nucleico (PNA), ácido nucleico bloqueado (LNA) y oligómeros de morfolino .