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Instituto de Parasitología y Biomedicina
"López - Neyra"
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ACTIVIDAD BIOLÓGICA DEL RNA



Jefe de grupo
    • Alfredo Berzal Herranz     
        email: aberzalh (@ipb.csic.es)
        Tlf: 958181648



    Personal Investigador Postdoctoral
    • Cristina Romero López     


    Personal Autorizado
    • Jonathan González Batista     
    • María Isabel Pérez Jover     

     

    LINEAS DE INVESTIGACIÓN


     

    ESTRUCTURA/FUNCIÓN DE DOMINIOS CONSERVADOS EN GENOMAS VIRALES RNA.
    El Grupo de investigación está liderado por los investigadores Alfredo Berzal-Herranz y Cristina Romero-López

     

    La importancia biológica del RNA ha sido infravalorada históricamente debido al desconocimiento de las funciones que desempeña en los organismos vivos. Se ha considerado que la función del RNA se limitaba a su participación en la transmisión de la información entre el DNA y las proteínas. La identificación de nuevas clases de RNAs, agrupados bajo la denominación de RNAs no codificantes (ncRNAs), y el esclarecimiento de las funciones que ejercen ha situado al RNA en el centro de procesos biológicos esenciales para la vida. Los ncRNAs, ejercen una función por sí mismos, son RNAs funcionales, demostrando la existencia de información genética funcional distinta a la que codifica proteínas. Su estudio ha puesto de manifiesto la existencia de un sistema de regulación de la expresión génica adicional que implica distintos tipos de RNAs no codificantes. El acúmulo de información sobre la actividad biológica del RNA ha permitido establecer las bases moleculares de distintos procesos patológicos, igualmente determinar que errores en el metabolismo del RNA o la pérdida de función de moléculas de RNA son la causa de numerosas enfermedades o patologías de gran importancia sanitaria.


    Los genomas virales RNA constituyen un tipo particular de RNAs funcionales. Son genomas compactos que albergan toda la información que requiere el virus para completar su ciclo infectivo. Los virus RNA han desarrollado un sistema de almacenamiento y codificación de la información genética más allá de la secuencia nucleotídica que es independiente y complementaria de la información que codifica proteínas. La información está almacenada en forma de elementos estructurales discretos responsables de funciones esenciales. Estos elementos estructurales están altamente conservados, y aunque se han definido regiones genómicas con una mayor concentración de los mismos, por ejemplo las regiones no traducibles o UTRs, estos se encuentran repartidos a lo largo del genoma viral. Los elementos RNA ejercen su función estableciendo interacciones RNA-RNA a larga distancia entre ellos y/o reclutando factores celulares o virales. Resultando en la formación de estructuras globales complejas esenciales para la función, por ejemplo replicación, traducción, encapsidadción.


    El virus causante de la hepatitis C (HCV) es un virus RNA de cadena sencilla y polaridad positiva de aproximadamente 9.600 nucleótidos de longitud, caracterizado por una alta variabilidad genética. El genoma viral presenta un único marco de lectura abierta que codifica una poliproteína que es posteriormente procesada para rendir las 10 proteínas virales. El marco de lectura está flanqueado por dos regiones no traducibles (UTRs) altamente conservadas en secuencia y estructura entre los distintos aislados virales, lo cual contrasta con la alta variabilidad del genoma. Al infectar la célula el RNA genómico actúa como mRNA, su traducción se inicia por un mecanismo dependiente de IRES (Internal Ribosome Entry Site) localizado mayoritariamente en la región 5' UTR y que se extiende unos 30 nt dentro de la región codificante de la proteína de la cápsida. El elemento IRES es una estructura compacta muy conservada en la cual se han definido y caracterizado una serie de dominios y subdominios de RNA esenciales para el virus. El inicio y la elongación de la traducción son procesos regulados por el extremo 3' del genoma viral, lo cual implica la adquisición de una conformación circular del genoma viral, de manera similar a la estructura que adoptan los mRNAs celulares dependientes de cap para su traducción. A diferencia de la traducción dependiente de cap, que requiere la participación de distintos factores proteicos (factores de inicio de traducción), son los distintos subdominios RNA en el contexto de la estructural global del IRES los que ejercen esas funciones. El extremo 3' UTR del genoma viral, se caracteriza igualmente por la existencia de una serie de dominios altamente conservados en secuencia y estructura que se han implicado directamente en la replicación, traducción y dimerización del genoma viral.


    En el genoma del HCV los elementos RNA funcionales no son exclusivos de las UTRs también se encuentran dispersos por la región del genoma que codifica las proteínas virales, de manera que la misma secuencia nucleotídica codifica al menos dos informaciones distintas. Así en el extremo 3' de la región codificante del gen de la RNA polimerasa del virus (NS5B) se ha definido una región altamente conservada esencial para la replicación del virus denominada CRE (cis-acting replication element). La región CRE está compuesta por tres subdominios, de los cuales el elemento central, 5BSL3.2, es esencial para la consecución del ciclo viral. Este dominio de 48 nt de longitud que se pliega formando un tallo imperfecto de 10 pares de bases cerrado por una lazo apical de 12 nt, e interrumpido por un lazo interno de 8 nt en su hebra 3', interacciona con el subdominio IIId del IRES (5' UTR) a través de los nucleótidos del lazo interno. Esta interacción que ocurre en ausencia de proteínas demuestra que la circularización del genoma viral depende de interacciones RNA/RNA. Esta interacción que describimos en nuestro laboratorio ejerce un papel regulador de la actividad del IRES, según demostramos a posteriori. También hemos demostrado la existencia de una red compleja de interacciones a larga distancia RNA/RNA implicando subdominios de ambos extremos del genoma: el IRES, el 3' UTRs y la región CRE. Dichas interacciones inducen cambios conformacionales a larga distancia responsables de la regulación de los distintos procesos del ciclo viral. Nuestros resultados nos han permitido proponer que el dominio 5BSL3.2 del CRE juega un papel central en esa red de interacciones a larga distancia controlando el encendido y apagado de los distintos procesos esenciales y su transición.


    El HCV es el prototipo del genero Hepacivirus perteneciente a la familia (Flaviviridae). Esta familia recibe el nombre del género Flavivirus que es el más numeroso de la misma. El género Flavivirus incluye virus de gran interés biomédico y socio-económico como los causantes de enfermedades en humanos tan importantes como Dengue (DENV), fiebre del Nilo Occidental (WNV), Zika (ZIKV), fiebre amarilla (YFV) entre otras. Al igual que el HCV son virus RNA de cadena sencilla y polaridad positiva, de unos 11.000 nucleótidos y poseen un único marco abierto de lectura flanqueado por regiones no traducibles (UTRs). Las UTRs son las regiones más conservadas del genoma y concentran un número importante de dominios funcionales RNA esenciales para el ciclo infectivo del virus.


    Una estrategia eficiente para profundizar en el estudio funcional de dominios RNA conservados es el empleo de ácidos nucleicos, particularmente moléculas de RNA, como herramientas experimentales capaces de interferir con la estructura de los mismos o de las interacciones que deben establecer para ejecutar sus funciones, en definitiva para interferir con la actividad de dominios RNA. De entre estas herramientas destacan por su gran potencial los aptámeros. Los aptámeros son oligonucleótidos de DNA ó RNA capaces de unirse específica y eficientemente a un ligando, tienen un enorme potencial como herramientas moleculares para interferir con la actividad de un dominio RNA. En nuestro laboratorio hemos aislado colecciones de aptámeros frente a distintos dominios funcionales genómicos del HCV y del WNV. Su caracterización nos ha permitido identificar secuencias y elementos estructurales de los genomas virales como potenciales dianas de acción terapéutica.


    La línea de investigación que define la actividad del grupo es el estudio de la actividad biológica del RNA. Utilizando como modelo genomas virales RNA. Actualmente estamos interesados en la identificación de elementos funcionales genómicos RNA, y su caracterización funcional. Así mismo queremos explorar su potencial como dianas de acción antiviral o terapéutica. En paralelo abordamos el desarrollo de estrategias de uso general para el diseño y aplicación de moléculas de RNA como herramientas eficientes en biotecnología e investigación básica y biomédica.



     


    ORGANISMOS FINANCIADORES ÚLTIMOS 5 AÑOS

    - FALTA JUSTIFICANTE DE FIRMA ELECTRONICA - ENVIAR A PROYECTOS.NACIONALES@CSIC.ES - ESTRUCTURA/FUNCION DE DOMINIOS RNA CONSERVADOS EN EL GENOMA DEL VIRUS DE LA HEPATITIS C (HCV). PROYECTO, PN2015 - PROY I+D - S. E. G. C. - P. EXCELENCIA, Ref: BFU2015-64359-P, (2016 - 2018).

    - Estudio del fenómeno de circularizacion del RNA genómico del virus de la hepatitis C y su potencial uso como diana terapéutica. PROYECTO, , Ref: P11-CVI-7430, (2013 - 2016).

    - Aptámeros RNA. Herramientas moleculares para la caracterización funcional del dominio RNA genómico CRE del virus de la hepatitis C. PROYECTO, , Ref: BFU2012-31213, (2013 - 2015).

    - RED Nacional RNA: Estructura, función y Aplicaciones Biomédicas y Biotecnológicas - RIBORED. ACCION ESPECIAL, INV.FUND.NO ORIENTADA.- BIOLOGIA FUNDAMENTAL, Ref: BFU2009-07883-E, (2010 - 2014).

    - Identificación de señales en genomas virales RNA. PROYECTO, PROYECTOS INTRAMURALES, Ref: 201120E004, (2010 - 2014).

    - Caracterización de motivos RNA funcionales de estructura conservada en genomas RNA. Uso de aptameros RNA como herramientas moleculares. PROYECTO, INV.FUND.NO ORIENTADA.- BIOLOGIA FUNDAMENTAL, Ref: BFU2009-08137, (2010 - 2014).

     

     

    PUBLICACIONES ÚLTIMOS 5 AÑOS

    -Romero-López, C.; Barroso-Deljesus, A.; Berzal-Herranz, A., The chaperone-like activity of the hepatitis C virus IRES and CRE elements regulates genome dimerization, Scientific Reports, 2017, Vol. 7: 43415, ARTICULO, Id:1540

    -Romero-López, C.; Berzal-Herranz, A., The 5BSL3.2 functional RNA domain connects distant regions in the hepatitis C virus genome, Frontiers in Microbiology, 2017, Vol. 8: 2093, ARTICULO DE REVISION, Id:1539

    -Fernández-Sanlés, A.; Ríos-Marco, P.; Romero-López, C.; Berzal-Herranz, A., Functional information stored in the conserved structural RNA domains of flavivirus genomes, Frontiers in Microbiology, 2017, Vol. 8: 546, ARTICULO DE REVISION, Id:1510

    -Romero-López, C.; Lahlali, T.; Berzal-Herranz, B.; Berzal-Herranz, A., Development of optimized inhibitor RNAs allowing multisite-targeting of the HCV genome, Molecules, 2017, Vol. 22: 5-861, ARTICULO, Id:1501

    -Romero-López, C.; Berzal-Herranz, A., Aptamers: Biomedical interest and applications, Pharmaceuticals, 2017, Vol. 10: 1-32, EDITORIAL, Id:1496

    -Pablo Ríos-Marco; Cristina Romero-López; Alfredo Berzal-Herranz, The essential cis-acting replication element of the HCV genome recruits regulatory host factors that influence viral replication and translation, Scientific Reports, 2016, Vol. 6: 25729, ARTICULO, Id:1375

    -Torrecilla, J.; del Pozo-Rodríguez, A.; Solinis, M.A.; Apaolaza, P.S.; Berzal-Herranz, B.; Romero-López, C.; Berzal-Herranz, A.; Rodríguez-Gascón, A., Silencing of hepatitis C virus replication by a non-viral vector based on solid lipid nanoparticles containing a shRNA targeted to the internal ribosome entry site (IRES)., Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2016, Vol. 146: 808-817, ARTICULO, Id:1368

    -Lahlali, T.; Plissonnier, M.L.; Romero-López, C.; Michelet, M.; Ducarouge, B.; Berzal-Herranz, A.; Zoulim, F.; Mehlen, P.; Parent, R., Netrin-1 Protects Hepatocytes Against Cell Death Through Sustained Translation During the Unfolded Protein Response, CMGH Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology, 2016, Vol. 2: 281-301.e9, ARTICULO, Id:1356

    -López-Aguilar, C.; Romero-López, C.; Espinosa, M.; Berzal-Herranz, A.; del Solar, G., The 5'-tail of antisense RNAII of pMV158 plays a critical role in binding to the target mRNA and in translation inhibition of repB, Front. Genet., 2015, Vol. 6: JUN-225, ARTICULO, Id:1469

    -Fernández-Sanlés, A.; Berzal-Herranz, B.; González-Matamala, R.; Ríos-Marco, P.; Romero-López, C.; Berzal-Herranz, A., RNA aptamers as molecular tools to study the functionality of the Hepatitis C Virus CRE region, Molecules, 2015, Vol. 20: 16030-16047, ARTICULO, Id:1460

    -Reyes-Darias, J.A.; Sánchez-Luque, F.J.; Morales, J.C.; Pérez-Rentero, S.; Eritja, R.; Berzal-Herranz, A., Glucose conjugation of anti-HIV-1 oligonucleotides containing unmethylated CpG motifs reduces their immunostimulatory activity, Chembiochem : a European journal of chemical biology, 2015, Vol. 16: 584-591, ARTICULO, Id:1424

    -Romero-López C.; Berzal-Herranz, A., Current and emerging themes in the structural analysis of viral RNA genomes. Applications for the development of novel therapeutic drugs, Genomics and Computacional Biology, 2015, Vol. 1: 1-e15, ARTICULO DE REVISION, Id:1407

    -Romero-Lopez, C.; Barroso-DelJesus, A.; Garcia-Sacristán, A.; Briones, C.; Berzal-Herranz, A., End-to-end crosstalk within the hepatitis C virus genome mediates the conformational switch of the 30X-tail region, Nucleic Acids Research, 2014, Vol. 42: 567-582, ARTÍCULO, Id:1193

    -Sánchez-Luque, F.J; Stich, M; Manrubia, S; Briones, C; Berzal-Herranz, A., Efficient HIV-1 inhibition by a 16 nt-long RNA aptamer designed by combining in vitro selection and in silico optimization strategies, Scientific Reports, 2014, Vol. 4: 6242, ARTÍCULO, Id:1192

    -Robaldo, L; Berzal-Herranz, A; Montserrat, J.M; Iribarren, A.M, Activity of core-modified 10-23 DNAzymes against HCV, ChemMedChem, 2014, Vol. 9: 2172-2177, ARTÍCULO, Id:1164

    -Romero-López C; Berzal-Herranz, A, Structure-function relationship in viral RNA genomes. The case of HCV, World Journal of Medical Genetics, 2014, Vol. 4: 6-18, ARTICULO DE REVISION, Id:1160

    -Reyes-Darias, J.A.; Berzal-Herranz, A., Detection of immune response activation by exogenous nucleic acids by a multiplex RT-PCR method, Molecular and Cellular Probes, 2014, Vol. 28: 181-185, ARTÍCULO, Id:1159


     

     

    TESIS DOCTORALES ÚLTIMOS 5 AÑOS

     

     

     


    Sede: Parque Tecnológico de Ciencias de la Salud, Avda. del Conocimiento, 17. 18016 Armilla (Granada)(ESPAÑA). TEL:+34 958181621. FAX:+34 958181632

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