RNA (sigla dell'ingl. RiboNucleic Acid)
RNA (sigla dell'ingl. RiboNucleic Acid)
RNA
I microRNA: nuove frontiere nella regolazione dell’espressione genica
I microRNA (o miRNA o miR) rappresentano una classe di molecole di RNA di recente scoperta, che agiscono come importanti regolatori dell’espressione genica in diversi organismi.
Struttura
I microRNA sono RNA non codificanti di 20÷25 nucleotidi che legano, mediante un appaiamento parziale, la regione 3’ non tradotta (3’ UTR, 3’ UnTranslated Region) di RNA messaggeri (mRNA) target, inibendone la traduzione o causandone la degradazione. Per poter agire sull’mRNA target, la molecola di microRNA viene incorporata in un complesso ribonucleoproteico, chiamato RISC (RNA-Induced Silencing Complex) che è coinvolto anche nell’azione dei siRNA.
Scoperta
Il primo microRNA a essere scoperto è stato lin-4 nel 1993. Tale microRNA è stato identificato in uno screening di geni importanti per lo sviluppo post-embrionale del verme Caenorhabditis elegans. Nel 2001 altre decine di microRNA sono stati identificati sia in animali che in piante. Le sequenze dei microRNA sono contenute in una banca dati (miRBase): nella sua ultima versione del 2008 sono annotati 1.638 microRNA vegetali e 6.930 microRNA provenienti da animali e virus. Successivamente sono stati scoperti molti altri microRNA sia attraverso il sequenziamento di librerie di piccoli RNA, sia utilizzando metodi di predizione per via computazionale.
Biogenesi
Nel genoma umano, i microRNA sono localizzati su tutti i cromosomi tranne che sul cromosoma Y e si trovano principalmente negli introni dei geni; inoltre, possono trovarsi singolarmente o raggruppati in cluster. I microRNA sono trascritti dalla RNA polimerasi come un trascritto primario chiamato pri-miRNA (primary-microRNA), il quale contiene strutture a forcina che sono riconosciute da un complesso proteico denominato microprocessore. Uno dei costituenti di questo complesso è l’enzima Drosha, una endonucleasi nucleare responsabile del processamento del pri-miRNA, che porta alla formazione del pre-miRNA (precursor microRNA), un RNA che ha una lunghezza di 60÷70 nucleotidi. Il pre-miRNA viene esportato dal nucleo al citoplasma dalle proteine Exportin 5 e Ran, una GTPasi che trasporta RNA e proteine attraverso il poro nucleare. Nel citoplasma, il pre-miRNA è ulteriormente processato dalla endonucleasi Dicer, la quale genera un RNA a doppio filamento che contiene la molecola di microRNA maturo. Dopo la separazione dei due filamenti, il microRNA si associa al 3’ UTR dell’RNA bersaglio e svolge la sua funzione.
Regolazione dell’espressione
Nonostante non posseggano un promotore canonico, i microRNA sono sottoposti a una regolazione trascrizionale simile a quella dei geni convenzionali. Sono stati identificati diversi fattori trascrizionali capaci di legare la regione genomica presente al terminale 5’ dei microRNA e di attivare o inibire l’espressione di uno o più microRNA. Si è visto che alcuni fattori di trascrizione alterati in talune patologie causano una deregolazione dell’espressione dei microRNA. Per es., l’oncogene MYC, sovraespresso in alcuni tumori, causa un’alterata trascrizione di un gruppo di microRNA che a loro volta causano lo spegnimento di alcuni geni oncosoppressori e quindi la progressione del tumore.
Ruolo
Come i fattori di trascrizione, i microRNA svolgono un ruolo essenziale in vari processi biologici. Negli ultimi anni sono stati identificati diversi microRNA che regolano lo sviluppo, il differenziamento, l’apoptosi e i processi metabolici. Alcuni microRNA sono tessuto-specifici mentre altri sono espressi in più tessuti. Inoltre l’espressione di alcuni microRNA è regolata durante le varie fasi di sviluppo o in risposta a determinati stimoli. Un singolo microRNA può regolare l’espressione di diversi geni, mentre un determinato gene può essere regolato da microRNA differenti che agiscono in maniera sinergica sul gene target: si stima che il 30% dei geni umani sia regolato da microRNA. I cosiddetti geni housekeeping, geni costitutivi che vengono normalmente espressi dalla cellula, hanno UTR molto corti e in genere non sono sottoposti a una regolazione da parte dei microRNA. Negli ultimi anni sono stati identificati microRNA che hanno un ruolo essenziale in diversi processi metabolici. In partic., è stato identificato un microRNA coinvolto nel metabolismo del colesterolo. Studi su primati non umani hanno dimostrato che attraverso l’inibizione di questo microRNA è possibile diminuire i livelli di colesterolo nel plasma. Tale inibitore è attualmente in fase clinica e potrebbe rappresentare una nuova terapia contro l’ipercolesterolemia.
MicroRNA e tumori
Diversi lavori hanno indicato un’alterata espressione dei microRNA in vari tipi di tumori. La prima indicazione che i microRNA sono associati ai tumori venne dall’osservazione che molti microRNA si trovano in regioni genomiche che sono frequentemente amplificate, delete o riarrangiate in diversi tumori. I microRNA coinvolti nello sviluppo di tumori possono essere classificati in due gruppi: microRNA oncogenici (anche detti oncomir), che nei tumori sono espressi a livelli maggiori che nella controparte normale, e microRNA oncosoppressori, che nei tumori sono presenti a livelli più bassi rispetto alle cellule normali. I microRNA appartenenti al primo gruppo in genere regolano l’espressione di geni oncosoppressori, mentre quelli appartenenti al secondo gruppo in genere regolano l’espressione di oncogeni. Studi su modelli animali hanno mostrato che inibendo l’azione di microRNA oncogenici è possibile bloccare la crescita del tumore. Sebbene tali studi siano ancora in fase preliminare, terapie basate sulla modulazione dei microRNA sono estremamente promettenti per la cura dei tumori.
Andrea Carfí
Laura Fontana