(Cancro-Immagine Credit Public Domain).
Gli scienziati hanno svelato il mistero del ruolo della materia oscura del genoma nei mitocondri, nello sviluppo del cancro.
Sia il nucleo che i mitocondri sono organelli critici legati alla membrana, componenti cellulari con ruoli altamente specializzati. Esistono molti altri organelli, ciascuno con un ruolo specifico nella cellula. Il nucleo, solo uno per cellula, ospita l’acido desossiribonucleico, il DNA, la molecola principale a spirale della vita. Al contrario, possono esserci fino a 2.500 mitocondri per cellula, che hanno il loro ciclo di DNA più primitivo, codificato con istruzioni solo per la produzione di energia. Queste fabbriche di combustibile a forma di fagiolo sono gli unici organelli – oltre al nucleo – ad essere dotati del proprio materiale genetico unico.
Nella ricerca genomica emergente, un numero crescente di scienziati ha iniziato ad attingere dalla connessione dell’organello a qualcosa di molto più misterioso: la cosiddetta materia oscura del genoma – RNA lungo non codificante – e l’influenza che queste sequenze hanno sui mitocondri. Nuovi studi stanno dimostrando che questi trascritti di RNA hanno un’influenza sulla salute e sulla malattia.
Gli RNA lunghi non codificanti prendono il nome dalla loro straordinaria lunghezza, la maggior parte delle quali supera i 200 nucleotidi. E come suggerisce il moniker, questa forma di RNA non codifica per le proteine. Gli scienziati hanno identificato più di 50.000 RNA non codificanti di tutte le lunghezze che vengono trascritti nel genoma umano. La maggior parte sono 200 nucleotidi lunghi o più lunghi ed esistono tra – o dopo – sequenze di codifica.
Sorprendentemente, queste trascrizioni una volta erano considerate spazzatura genomica, ma sempre più vengono studiate come la materia oscura che domina alcune funzioni di più organelli, inclusi i mitocondri. Queste sequenze di RNA possiedono potenziatori e promotori che influenzano l’espressione dei geni codificanti. Alcuni attivano o reprimono gli oncogeni, il che significa che svolgono un ruolo in alcuni tipi di cancro. Poiché queste molecole sono diventate oggetto di intense ricerche, nuove scoperte stanno aiutando a svelare gran parte del mistero su di loro. L’RNA lungo non codificante – lncRNA – possiede anche elementi trasponibili – i cosiddetti geni saltanti – che sottolinea come le traslocazioni e gli inserimenti nelle regioni codificanti possono verificarsi.
In Cina, gli scienziati che stanno conducendo la ricerca genomica presso il College of Life Sciences dell’Università di Zhejiang nella città di Hangzhou, sono tra i ricercatori globali che in tutto il mondo esplorano l’associazione tra funzioni mitocondriali e lncRNA.
Un mitocondrio (singolare) è una vera fabbrica di produzione di energia, che fornisce abbondanti quantità di adenosina trifosfato, ATP. Le cellule del cuore sono piene zeppe di mitocondri a causa della straordinaria richiesta di energia necessaria per pompare il sangue. A differenza del nucleo, il cui DNA è un’elica a spirale, un mitocondrio ha un unico anello di DNA, simile al DNA batterico e per una buona ragione. Gli scienziati teorizzano che 1,5 miliardi di anni fa i mitocondri fossero batteri primordiali non solforati che si insinuarono in cellule primitive affamate di energia.
Per fare luce sull’intima relazione tra funzione mitocondriale e lncRNA, il team ha anche valutato i ruoli indispensabili che tutti gli organelli svolgono nelle cellule e le influenze che questa materia oscura del genoma ha su più organelli.
“Gli organelli sono semi-organi microscopici coinvolti in molti processi cellulari, comprese diverse importanti reazioni metaboliche, produzione di energia, segnalazione cellulare e crescita cellulare”, hanno scritto il Dottor Linjie Sang e colleghi sulla rivista Nature Metabolism.
È stato dalla loro ricerca che coinvolge l’associazione mitocondriale con lncRNA che Sang e colleghi hanno fatto una scoperta sorprendente: hanno scoperto l’attività di una molecola soppressore del tumore nota come specifica per l’arresto della crescita o più semplicemente, GAS5. Il team ha scoperto la sua associazione con “lncRNA mitocondriale”. I ricercatori hanno scoperto che il GAS5 aiuta a mantenere l’omeostasi energetica cellulare.
“Meccanicamente, il GAS5 indotto dallo stress energetico modula il flusso dell’acido tricarbossilico mitocondriale”, ha scritto Sang, notando che questa modulazione si verifica interrompendo le sequenze degli enzimi metabolici nel ciclo dell’acido tricarbossilico.
Il ciclo dell’acido tricarbossilico è anche noto come ciclo di Krebs, ma è anche chiamato TCA e ciclo dell’acido citrico. Indipendentemente dal nome utilizzato, il ciclo è una serie di reazioni chimiche che avvengono in tutti gli organismi aerobici per generare energia attraverso l’ossidazione dell’acetato. L’acetato proviene da grassi alimentari, proteine e carboidrati.
“In termini di cancro, GAS5 si correla negativamente con i livelli dei suoi enzimi metabolici mitocondriali associati nei tumori e avvantaggia la sopravvivenza globale delle persone, in particolare quelle con cancro al seno”, hanno scoperto Sang e colleghi.
“La nostra annotazione dettagliata della distribuzione degli lncRNA subcellulari identifica un ruolo funzionale degli lncRNA nella regolazione dell’omeostasi metabolica cellulare, evidenziando gli lncRNA associati agli organelli come potenziali bersagli clinici per manipolare il metabolismo cellulare e le malattie“, hanno concluso gli scienziati sulla loro ricerca.”
Mentre i risultati illuminano una complessa associazione tra mitocondri e lncRNA, la ricerca è probabilmente solo l’inizio della scoperta di relazioni più ampie tra lncRNA e mitocondri, nonché lncRNA e altri organelli.
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Oltre al nucleo e ai mitocondri, altri importanti organelli cellulari includono l’apparato di Golgi, che modifica e trasporta le proteine. Viene spesso definito “ufficio postale” delle celle. Il reticolo endoplasmatico è un altro organello. È coinvolto nella sintesi, piegatura e trasporto delle proteine. I lisosomi hanno il compito di scomporre grandi molecole – macromolecole – nelle loro parti componenti. Le proteine, ad esempio, sono ridotte ai loro singoli componenti amminoacidici.
“Gli organelli utilizzano molecole specializzate per regolare i processi cellulari essenziali”, ha spiegato Sang, riferendosi a lncRNA. Tuttavia, la spiegazione sistematica della distribuzione subcellulare e della funzione degli lncRNA nell’omeostasi cellulare e nelle malattie umane non è stata ancora pienamente realizzata, ha sottolineato Sang.
Anche gli scienziati della Zhejiang University e i loro collaboratori negli Stati Uniti e in altre parti del mondo stanno esaminando questi lunghi tratti di RNA non codificante in connessione con altri organelli cellulari. Hanno identificato una “varia ed abbondante distribuzione subcellulare” di organelli associati agli lncRNA che vanno dai mitocondri, ai lisosomi al reticolo endoplasmatico.
Fonte:Nature
