La grande rivoluzione dei piccoli RNA



I microRNA (miRNA) sono piccoli RNA (circa 22 basi) non codificanti presenti negli animali come nelle piante e capaci di regolare l’espressione genica secondo meccanismi che cominciano appena ad essere compresi. I primi piccoli RNA scoperti sono lin4 RNA e lin7 RNA del nematode Ceanorhabditis elegans. Si tratta di piccoli RNA a singolo filamento di circa 22 basi che, appaiandosi in modo impreciso a regioni terminali di specifici mRNA, ne impediscono la traduzione (fig).

Questi RNA, definiti stRNA (small temporal RNA), sembrano essere coinvolti nella regolazione temporale dello sviluppo di C. elegans: mutazioni funzionali di lin4 e lin7 causano infatti alterazioni nella divisione e nella determinazione cellulare nel corso dello sviluppo larvale.

I precursori molecolari degli stRNA sono grandi RNA parzialmente complementari che ripiegandosi a forcina creano zone a doppio filamento sulle quali agisce una specifica nucleasi del tipo RNasiIII (in Drosophila è stata denominata DICER) che degrada queste regioni creando i piccoli RNA funzionali a singolo filamento.

Molti miRNA sembrano condividere le stesse caratteristiche molecolari di questi stRNA, ma il loro funzionamento non è ancora stato compreso.

Esistono altri piccoli RNA definiti siRNA (short interfering RNA) che sono coinvolti nei processi di silenziamento per interferenza (RNA interference o RNAi).

È ancora una nucleasi tipo DICER che genera questi piccoli RNA a partire da grandi RNA contenenti esclusivamente o in prevalenza strutture secondarie a doppio filamento.

Ma a differenza degli altri miRNA, si tratta qui di molecole a doppio filamento che si appaiano perfettamento al loro mRNA bersaglio e ne determinano la degradazione per opera di un compesso enzimatico ad attività endonucleasica (RISC, RNA-induced silencing complex) (fig).

Sembra che il grado di complementarietà degli miRNA con il loro bersaglio ne definisca la funzione. In altre parole se l’appaiamento è imperfetto la regolazione avviene per modulazione della traduzione come per - lin4 e lin7, se l’appaiamento è perfetto interviene il processo di RNAi.

L’enorme interesse di questa classe di molecole sta non solo nella loro funzione che rivela meccanismi di regolazione genica del tutto inesplorati, ma anche nella loro universalità.

In Arabidospis sono state identificate oltre 100 sequenze di miRNA ed è stato osservato che mutazioni del gene caf (Carpel Factory), l’omologo di DICER, alterano l’accumulazione degli miRNA la cui popolazione è diversa in cellule e tessuti diversi.

Questi miRNA potrebbero intervenire nell’RNAi come siRNA, agire come stRNA o ancora modulare processi quali la maturazione, la localizzazione o la stabilità degli mRNA. È stato proposto che l’RNAi si sia evoluto come meccanismo di difesa contro i virus, ma è plausibile che ricopra un ruolo fondamentale nella regolazione di gene endogeni.

Del resto molecole di RNA a doppio filamento possono essere di naturale virale, ma possono derivare anche dalla trascrizione a partire da promotori convergenti, dall’azione di RNA polimerasi-RNA dipendenti su RNA endogeni oppure dal riarrangiamento di loci.

L’miRNA39 di Arabidopsis, espresso principalmente nelle infiorescenze, agisce su diversi membri della famiglia di fattori di trascrizione putativi SCL (Scarecrow-like) determinandone la degradazione e modulandone quindi l’effetto.

Questi risultati indicano dunque che gli miRNA possono funzionare come siRNA e che l’RNAi può intervenire nella regolazione di geni endogeni in modo specifico.

E se il ruolo dell’RNAi è d’indiscutibile interesse nei meccanismi di regolazione genica, le sue applicazioni sperimentali sembrano aprire orizzonti vastissimi in campo terapeutico.

L’idea di base é dunque che l’RNAi impedisca ad un gene di produrre una proteina funzionale assicurandosi che l’intermediario molecolare, l’mRNA, venga distrutto.

Allora perché non dirigere quest’arma contro i virus introducendo o facendo esprimere un siRNA corrispondente a sequenze virali che in presenza di infezione diventerebbero bersaglio dell’RNAi? E funziona! Si è osservato infatti che pretrattando cellule umane e di topo in coltura con siRNA mirati al genoma di poliovirus, il titolo della progenie virale diminuisce e che, utilizzando siRNA sintetici diretti a specifiche regioni del genoma di HIV-1, la replicazione del virus in linee cellulari umane è inibita.

Certo gli ostacoli da superare sono innumerevoli: le sequenze virali non sono tutte ugualmente accessibili all’siRNA e quindi il bersaglio ottimale dovrà essere definito empiricamente, in secondo luogo la replicazione imprecisa dei virus, introducendo mutazioni nella progenie, potrebbe contrastare un meccanismo sequenza specifico com’è quello dell’RNAi, e infine questi risultati, pur affermando il concetto di immunità intracellulare, sono stati ottenuti per ora solo in cellule in coltura.

Insomma gli miRNA sono un nuovo mondo tutto da scoprire, la loro complessità si intravede appena, ma le promesse sono enormi e le possibilità di applicazione vastissime..........una storia da seguire con attenzione, se ne parlerà a lungo.

[inline: 1= Immagine - 1 - Piccoli RNA]
Immagine - 1 - Piccoli RNA

Bibliografia

Baulcombe, D. (2002). An RNA microcosm. Science 297: 2002-2003.

Carmichael, G.G. (2002). Silencing viruses with RNA. Nature 418: 379-380.

Gitlin, L., Karelsky, S. e Andino R. (2002). Short interfering RNA confers intracellular antiviral immunity in human cells. Nature 418: 430-434.

Jacque, JM., Triques, K. e Stevenson, M. (2002). Modulation of HIV-1 replication by RNA interference. Nature 418: 435-438.

Llave. C., Kasschau, K.D., Rector, M.A. e Carrington, J.C. (2002). Endogenous and silencing-associated small RNAs in plants. Plant Cell: 14: 1605-1619.

Llave, C., Xie, Z., Kasschau K.D. e Carrington, J.C. (2002) Cleavage of Scarecrow-like mRNA targets directed by a class of Arabidopsis miRNA. Science 297: 2053-2056.

Reinhart, B.J., Weinstein, E.G., Rhoades, M.W., Bartel, B. e Bartel, D.P. (2002). MicroRNAs in plants. Genes & Dev. 16: 1616-1626.

Sitografia

MicroRNAs: small RNAs control RNAs that code protein - Nature www.nature.com/horizon/rna/background/micrornas.html

ICGEB - International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology - New Delhi - India www.icgeb.res.in


commenti by Disqus