MicroRNA
Che cosa sono i microRNA?
I MicroRNA sono piccole sequenze di 20-25 nucleotidi di RNA, organizzate a singolo filamento, che non codificano per alcuna proteina ma sono invero funzionali ai processi di regolazione post-trascrizionale dei geni codificanti e nella comunicazione intercellulare.
La loro scoperta è piuttosto recente e le implicazioni che i microRNA hanno in numerosi processi fisiologici e patologici ne fanno un argomento di grande interesse ed attualità nella ricerca scientifica di base ed applicata.
Esempi di MicroRNA.
MicroRNA nel genoma eucariotico
Al pari di altre tipologie di geni che portano sequenze di tipo regolatorio, il peso dei microRNA sul genoma eucariotico è di circa l'1%, distribuito equamente in sequenze specifiche o ospitate all'interno di geni codificanti per proteine.
Di questi ultimi, una piccola parte è collocata in sezioni del gene non codificanti, mentre la maggior parte è inclusa in sequenze codificanti per proteine ed emerge in seguito a splicing alternativo dei trascritti di RNA.
I geni che ospitano la maggior parte dei microRNA sono legati alle funzioni di sviluppo embrionale o di regolazione del ciclo cellulare.
Sintesi e maturazione dei microRNA
La trascrizione delle sequenze codificanti per i microRNA porta alla formazione di un precursore di circa 70-100 nucleotidi, detto Pri-mRNA. Questa molecola presenta alle estremità la copertura al 5' e la poliadenilazione e contiene ancora le sequenze introniche.
La prima fase di maturazione avviene all'interno del nucleo, ad opera di un enzima di tipo endonucleasi ribonucleasi III detto "Drosha" , che opera una iniziale rimozione di sequenze non necessarie.
Il risultato del "cropping" operato dall'enzima Drosha è una molecola di RNA a singolo filamento, ripiegata su stessa grazie alla complementarietà delle sequenze, a formare una struttura a forcina (o stem-loop), che prende il nome di pre-microRNA (o pre-miRNA), della dimensione di circa 80 nucleotidi.
Il pre-miRNA viene a questo punto trasportato al di fuori del nucleo grazie all'azione della Esportina, una proteina solubile che lega l'RNA e forma con esso un eterodimero in grado di passare attraverso i pori della membrana nucleare.
Una volta nel citosol, il pre-miRNA viene ulteriormente rimaneggiato da una RNAsi di tipo III, la "Dicer"che tramuta la molecole di RNA in una sequenza a doppia elica composta da una ventina di nucleotidi.
Il destino della doppia elica di RNA può essere duplice: uno dei due filamenti può essere degradato oppure entrambi possono rimanere attivi e funzionali, anche se potranno agire nei confronti di sequenze di mRNA differenti.
Il MicroRNA maturo a questo punto entra a far parte del complesso RISC (RNA induced silencing complex) insieme alla proteine Argonauta2 ed altre molecole proteiche e diviene in grado di esercitare il suo ruolo specifico di regolazione della traduzione genica.
Maturazione dei MicroRNA.
Funzioni dei MicroRNA
La funzione principale dei microRNA è quella di regolare la traduzione di geni target mediante meccanismi di down-regulation: agiscono cioè impedendo a specifici mRNA di essere tradotti dai ribosomi, facendo in modo che il prodotto finale dell'espressione genica, cioè la sintesi della proteina, non avvenga.
Per fare ciò, il complesso RISC lega l'mRNA in una regione specifica, detta 3'UTR (o sequenza trailer, una regione non codificante del gene posta a valle della sequenza codificante).
L'allineamento con la regione 3'UTR può essere perfetto, se le sequenze sono assolutamente complementari, o imperfetto, se esistono delle imperfezioni nella complementarietà delle basi azotate. Nel primo caso il filamento di mRNA verrà degradato, nel secondo caso invece non sarà distrutto ma sarà comunque incapace di essere tradotto dai ribosomi.
Meccanismo di funzionamento del miRNA.
La capacità di agire anche su geni la cui regione 3'UTR non è del tutto complementare alla propria rende ogni molecola di miRNA in grado di regolare un gran numero di geni.
I microRNA possono agire anche regolando l'espressione di geni in altre cellule. Queste molecole infatti possono essere secrete dalle cellule e scorrere attraverso i fluidi biologici, andando ad interagire con la sintesi proteica di cellule poste in altri distretti corporei. Per espellere i microRNA la cellula può utilizzare 5 diverse categorie di trasportatori molecolari:
- Esosomi: si tratta di piccole vescicole contenute in vescicole più grandi, dette corpi multivescicolari, che sono in grado di espellere gli esosomi nell'ambiente extracellulare mediante esocitosi;
- Microvescicole di distaccamento: vescicole di dimensioni maggiori rispetto agli esosomi, si originano per frammentazione della membrana plasmatica;
- Trasportatori proteici, tra cui Argonauta2;
- Lipoproteine;
- Corpi apoptotici: vescicole di membrana che si liberano in seguito all'apoptosi, ossia la morte cellulare programmata, delle cellule che li contengono.
I MicroRNA circolanti hanno la necessità di essere stabilizzati, visto che le molecole di RNA libere vengono immediatamente attaccate dagli enzimi e degradate. Per questo, quando sono in circolo vengono tutelati da numerosi meccanismi che le proteggono dall'attacco delle esonucleasi.
Il corretto funzionamento dei meccanismi di regolazione operati dai MicroRNA è indispensabile per molteplici funzioni essenziali dell'organismo. Queste molecole infatti sono coinvolte nel differenziamento cellulare, nel metabolismo dei lipidi, nello sviluppo del sistema immunitario e del sistema neuronale.
Il cattivo funzionamento della regolazione dell'espressione genica mediata dai MicroRNA è stata messa in relazione allo sviluppo di malattie come la sindrome di Alzheimer ed il diabete, alcuni disturbi a carico del sistema immunitario ed anche l'insorgere di patologie neoplasiche.
Per il ruolo rilevante che queste molecole giocano a livello fisiologico e per la recente scoperta della loro esistenza, sono uno degli oggetti di studio più intensi della ricerca medica contemporanea e alcuni filoni di ricerca stanno cercando di evidenziare il loro possibile utilizzo anche come farmaci di nuova concezione.
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