Los microARN (miRNA/miR) son ARN no codificantes cortos de 20 a 22 nucleótidos que desempeñan un papel fundamental en la regulación génica al interactuar con moléculas de ARN mensajero (ARNm) diana. Se estima que los microARN pueden modular hasta el 60 % de los genes codificantes de proteínas del genoma humano a nivel traduccional. Participan en diversos procesos fisiológicos, como la diferenciación, la proliferación, la apoptosis y el desarrollo, y su desregulación se ha relacionado con diversos trastornos patológicos.
La importancia del microARN quedó patente con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2024, otorgado a Victor Ambros y Gary Ruvkun «por el descubrimiento del microARN y su papel en la regulación génica postranscripcional». Estos científicos publicaron por primera vez su descubrimiento del microARN en 1993 y, para el año 2000, el grupo de investigación de Ruvkun había identificado let-7, un microARN codificado por el gen let-7, que está altamente conservado en diversas especies animales. Desde entonces, ha habido un interés significativo en el desarrollo de terapias con microARN.
Los problemas de toxicidad y la administración eficaz de estos ácidos nucleicos siguen siendo un desafío. Menos de 20 terapias con microARN han entrado en ensayos clínicos, y ninguna de ellas se encuentra en fase III. Aproximadamente la mitad de los ensayos de terapias con microARN iniciados tuvieron que suspenderse o terminarse debido a la toxicidad del microARN y otros efectos secundarios graves.
Sin embargo, las nuevas investigaciones están avanzando. Los progresos en sistemas de administración de fármacos a nanoescala están abordando los problemas de eficacia y toxicidad, y es posible que las terapias con microARN se utilicen de forma más generalizada a medida que los métodos de administración sigan mejorando.
Biogénesis del microARN y mecanismo de acción
El microARN puede encontrarse como unidades transcripcionales independientes o integrado dentro de intrones o exones de otros genes. Existen dos vías de biogénesis del microARN: la vía canónica y la vía no canónica (véase la Figura 1).
En la vía canónica, los microARN se transcriben a partir de genes de microARN como transcritos primarios de microARN largos (pri-miARN) mediante la ARN polimerasa II (ocasionalmente la ARN polimerasa III). Los pri-miARN pueden tener varios kilobases de longitud, con secuencias flanqueantes 5' y 3', y pueden contener los bucles de horquilla de varios microARN maduros. Los pri-miARN son procesados por la proteína nuclear DGCR8 (región crítica 8 del síndrome de DiGeorge) y la enzima DROSHA para formar estructuras en forma de horquilla llamadas transcritos de pre-miARN.
En la vía no canónica, los precursores de microARN situados dentro de los intrones del ARNm se eliminan mediante corte y empalme, evitando el paso de DGCR8/DROSHA. A continuación, los pre-miARN se exportan al citoplasma con la ayuda de la exportina-5. Una vez en el citoplasma, la enzima ARNasa DICER actúa sobre el bucle de horquilla del pre-miARN y lo escinde para producir un dúplex de microARN maduro. Una hebra del dúplex de microARN (la hebra guía) se asocia con la proteína Argonauta (AGO) en el complejo silenciador inducido por ARN (RISC), mientras que la otra hebra (hebra pasajera) se degrada. Normalmente existe una preferencia sobre qué hebra se incorpora al RISC en función de factores como la estabilidad termodinámica. Finalmente, el ARNm diana se degrada o sufre una supresión traduccional.
Mejores métodos de administración acercan los avances
Lograr una administración eficaz de las terapias con microARN a las células diana es un desafío complejo debido a su inestabilidad y susceptibilidad a la degradación. Las metodologías actuales incluyen sistemas virales (virus adenoasociados, adenovirus y vectores lentivirales) y sistemas no virales (nanopartículas lipídicas, nanopartículas poliméricas, nanopartículas inorgánicas, vesículas extracelulares y péptidos).
La administración de microARN mediada por virus ha demostrado ser eficaz, pero este método también muestra una alta inmunogenicidad. Los vectores no virales, por el contrario, muestran una estabilidad relativa y una baja inmunogenicidad. Como resultado, los investigadores están explorando numerosos tipos de nanotransportadores no virales para administrar microARN de manera eficaz a las células.
Las nanopartículas lipídicas (LNP) son los transportadores más utilizados porque protegen el microARN y tienen una buena biocompatibilidad. Recientemente, se han desarrollado LNP a partir de lípidos catiónicos ionizables para una administración más eficiente del microARN. Las LNP también pueden incluir «lípidos auxiliares» como el colesterol o la dioleoilfosfatidiletanolamina (DOPE) para mejorar la estabilidad y reducir la toxicidad. Se ha demostrado que la incorporación de polietilenglicol (PEG) reduce la agregación de las nanopartículas y aumenta el tiempo de circulación.
También están surgiendo avances con transportadores basados en polímeros, incluido el ácido poli(láctico-co-glicólico) (PLGA). Los investigadores desarrollaron una estrategia de inhibición del microARN-210 con ácidos nucleicos peptídicos γ (γPNA) antisentido con una eficacia de unión al ARN mejorada y los encapsularon en nanopartículas de PLGA. El PLGA ha recibido la aprobación de la FDA como vehículo de administración y se encuentra en ensayos de fase II para terapias con ARN de interferencia pequeño (siRNA).
Las nanopartículas inorgánicas, como las de oro y sílice, también muestran potencial como transportadores de microARN, pero las preocupaciones persistentes sobre su toxicidad, particularmente con el oro, podrían limitar su uso clínico.
Diferentes estrategias para el uso de microARN como agentes terapéuticos
Hemos examinado la CAS Content CollectionTM, el mayor repositorio de información científica curado por expertos humanos, para comprender mejor el panorama de la investigación sobre el microARN. Se ha producido un aumento notable en las publicaciones relacionadas con el microARN en los últimos años, aunque las publicaciones en revistas científicas están disminuyendo ligeramente. Sin embargo, las publicaciones de patentes siguen aumentando, lo que sugiere un interés comercial sostenido en esta área (véase la Figura 2).
El objetivo de las terapias con microARN es alterar e, idealmente, restaurar los patrones de expresión anormales o patológicos de los microARN. Actualmente existen dos enfoques para lograr esto: estimuladores o potenciadores de microARN e inhibidores de microARN. El primer grupo incluye principalmente miméticos de microARN, mientras que el segundo grupo comprende oligonucleótidos antiMIR (AMO), máscaras, esponjas y señuelos de microARN. Como se observa en la Figura 3, la mayoría de las publicaciones pertenecen a inhibidores de microARN (67,7 %). Los AMO son los más comunes entre estas publicaciones.
Estas diversas estrategias funcionan de la siguiente manera:
- Mimético de microARN: Moléculas sintéticas de ARN pequeño de doble cadena que coinciden con la secuencia del microARN correspondiente, imitando la acción del microARN sintetizado de forma natural. El objetivo es reponer funcionalmente la expresión de microARN perdida o disminuida en condiciones patológicas.
- AntiMIR/AMO/antagomiR: Moléculas sintéticas de ARN pequeño de cadena sencilla basadas en oligonucleótidos antisentido de primera generación, que pueden presentar modificaciones químicas (por ejemplo, los antiMIR con una modificación 2-O-metoxietilo también se denominan antagomiR). Estos se unen funcionalmente a los microARN con secuencias complementarias y evitan su interacción con el ARNm diana, aumentando finalmente su expresión.
- Esponjas de microARN: MicroARN artificial que contiene repeticiones en tándem de secuencias de oligonucleótidos con sitios de unión a microARN (MBS) para un microARN maduro de interés. Secuestran los microARN endógenos diana, dejando libre el MBS en los ARNm diana, lo que conduce a su regulación al alza. Los circmiR son esponjas de microARN circulares con el mismo mecanismo de acción, pero son más estables.
- Señuelos de microARN: Una variante de las esponjas de microARN caracterizada por estructuras de tallo y bucle (el bucle contiene los MBS).
- Máscaras de microARN: Oligonucleótidos de cadena sencilla con modificación 2ʹ-O-metoxietilo (u otra modificación química). Son perfectamente complementarios a los MBS en la región 3’UTR del ARNm diana, lo que dificulta la interacción microARN-ARNm y aumenta los niveles de expresión del ARNm.
Exploración del potencial del microARN como agente terapéutico
El microARN podría tratar una variedad de enfermedades debido a su rango de funciones en la expresión génica. Según nuestro análisis de la CAS Content Collection, el cáncer es el área terapéutica más destacada en la investigación (67,5 %), seguida de los trastornos cardiovasculares (10,2 %), las infecciones (4,5 %), la diabetes (4,4 %) y los trastornos neurodegenerativos (4,3 %) (véase la Figura 4).
Cáncer
Los miARN oncogénicos (oncomiR) influyen sustancialmente en el desarrollo del cáncer al participar en muchas vías de señalización, incluida la supresión de genes supresores de tumores y la activación de oncogenes. La familia miR-34 (miR-34a, miR-34b, miR-34c), que se encuentra bajo el control de la regulación del gen supresor de tumores TP53, regula a la baja varios genes, como Cyclin D1, E2, CDK4, CDK6, BCl2 y Myc, lo que provoca la detención del ciclo celular y la apoptosis, restringiendo así el crecimiento tumoral. El grupo MiR-17-92, comúnmente conocido como “oncomir-1”, se dirige a supresores de tumores como PTEN, p21 y E2F y los inhibe, lo que conduce a un aumento de la proliferación celular, la supervivencia y la angiogénesis. El MiR-21 se dirige principalmente a PTEN, PDCD4 y TIMP3 y activa vías de supervivencia como PI3K/Akt y MAPK, promoviendo aún más el crecimiento, la invasión y la metástasis del tumor. Los microARN también desempeñan un papel fundamental en la modulación de la resistencia a los fármacos de las células cancerosas, además de regular los supresores de tumores y los oncogenes.
Enfermedades cardiovasculares
Estudios de perfilado recientes han identificado muchos microARN que se expresan de forma diferencial en las enfermedades cardiovasculares (ECV) de manera espaciotemporal, lo que apunta a un nuevo enfoque para regular afecciones como el infarto de miocardio, la aterosclerosis, la insuficiencia cardíaca, el ictus y la hipertensión, entre otras. Ejemplos de ello son el miRNA-29 en la fibrosis cardíaca, el miRNA-21 y el miR-155 en la miocardiopatía, y el miRNA-34 en el infarto de miocardio. El miR-21 y el miR-29 también desempeñan papeles cruciales en la deposición de la matriz extracelular durante la remodelación cardíaca patológica. Dicer, una enzima necesaria para la maduración de todos los microARN, muestra una expresión aberrante durante la insuficiencia cardíaca. Los estudios funcionales han demostrado que la eliminación específica de Dicer en el corazón provoca miocardiopatía progresiva, insuficiencia cardíaca y la muerte en ratones. Los datos disponibles sugieren colectivamente que Dicer/microARN desempeñan papeles críticos en las funciones cardíacas normales, así como en condiciones patológicas, y se están explorando como dianas terapéuticas en las ECV.
Infecciones
Se están explorando los microARN en las interacciones huésped-patógeno de más de 50 infecciones (bacterianas, virales, fúngicas y parasitarias). Existen múltiples formas en las que los microARN pueden ayudar a combatir las enfermedades infecciosas. Regulan proteínas específicas implicadas en las vías inmunitarias innatas y adaptativas, ayudando a ajustar la respuesta inmunitaria a las infecciones. Pueden utilizarse para atacar los genes de los patógenos e inhibir su replicación. Por ejemplo, tratamientos como RG-101 y miravirsen (inhibidores de miR-122) se dirigen a los microARN del huésped para combatir la infección por hepatitis C. También se están investigando los microARN para crear vacunas atenuadas mediante la incorporación de elementos de respuesta a microARN en los genomas de las vacunas virales. Algunos patógenos, como el Ébola, producen sus propios microARN, que pueden ser atacados para reducir su patogenicidad y mejorar los resultados del tratamiento.
Diabetes
La evidencia emergente sugiere que los microARN desempeñan un papel clave en las funciones de las células beta (supervivencia, proliferación, diferenciación y secreción de insulina) y en la modulación de la resistencia o sensibilidad a la insulina. Pueden influir en las respuestas inflamatorias, que suelen estar aumentadas en los pacientes diabéticos. Al reducir la inflamación, los microARN pueden ayudar a controlar las complicaciones asociadas a la diabetes. Varios ensayos preclínicos y estudios in vitro destinados a encontrar terapias basadas en microARN para la diabetes han mostrado resultados prometedores.
Enfermedades neurodegenerativas
Los microARN pueden regular la expresión de genes implicados en enfermedades neurodegenerativas, reducir la neuroinflamación y proteger a las neuronas de la apoptosis. Algunos ejemplos son el miR-124 y el miR-132, que favorecen la salud y la función neuronal, así como las familias miR-29 y miR-34, que actúan sobre genes asociados a la producción de beta-amiloide en la enfermedad de Alzheimer. Además, los microARN pueden promover la neurogénesis, fundamental para la reparación cerebral, destacando el papel del miR-9 y el miR-124 en este proceso. La desregulación de los microARN puede provocar un deterioro neurológico y el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas. Por tanto, modular estos microARN ofrece una nueva vía para el tratamiento de estas afecciones.
Como parte de nuestro análisis, representamos los microARN más frecuentes en la bibliografía y visualizamos su distribución en las cinco principales áreas terapéuticas (véase la Figura 5).
Asimismo, realizamos un análisis de coocurrencia para determinar qué tipos de terapias con microARN están más estrechamente relacionados con las cinco afecciones principales en la bibliografía (véase la Figura 6).
Perspectivas de las terapias con microARN
Hemos sido testigos de avances prometedores en las terapias con microARN. Sin embargo, aún quedan retos persistentes que superar antes de que estos tratamientos puedan utilizarse en la práctica clínica. Es necesario realizar ensayos clínicos para confirmar la seguridad y eficacia de las distintas estrategias y métodos de administración de microARN. La respuesta inmunitaria no deseada, la acumulación inespecífica en los tejidos y la degradación endosomal son otros desafíos importantes en el desarrollo de terapias basadas en microARN.
Las investigaciones recientes demuestran que se están produciendo avances y que el futuro de estas terapias es prometedor. Tecnologías avanzadas como CRISPR/Cas para actuar sobre los genes de los microARN y los modelos basados en inteligencia artificial para predecir las dianas de los microARN ofrecen oportunidades apasionantes para el desarrollo de terapias con microARN.
Las terapias con microARN podrían transformar pronto la atención al paciente en numerosas enfermedades gracias a la innovación continua.
