Lo splicing dell’RNA è un processo cellulare che è fondamentale per l’espressione genica. Dopo che i geni sono stati copiati dal DNA nell’RNA messaggero, le porzioni dell’RNA che non codificano per le proteine, chiamate introni, vengono tagliate e le porzioni codificanti vengono riassemblate.
Questo processo è controllato da un grande complesso proteina-RNA chiamato spliceosoma. I biologi del MIT hanno ora scoperto un nuovo livello di regolazione che aiuta a determinare quali siti sulla molecola di RNA messaggero saranno presi di mira dallo spliceosoma.
Il team di ricerca ha scoperto che questo tipo di regolazione, che sembra influenzare l’espressione di circa la metà di tutti i geni umani, si trova in tutto il regno animale, così come nelle piante. I risultati suggeriscono che il controllo dello splicing dell’RNA, un processo fondamentale per l’espressione genica, è più complesso di quanto si sapesse in precedenza. Lo splicing in organismi più complessi, come gli esseri umani, è più complicato di quanto non lo sia in alcuni organismi modello come il lievito, anche se è un processo molecolare molto conservato.
“Ci sono campanelli e fischietti sullo spliceosoma umano che gli consentono di elaborare introni specifici in modo più efficiente. Uno dei vantaggi di un sistema come questo potrebbe essere che consente tipi più complessi di regolazione genica”, dice Connor Kenny, studente laureato al MIT e autore principale dello studio
Christopher Burge, professore di biologia Uncas e Helen Whitaker al MIT, è l’autore principale dello studio, pubblicato oggi su Nature Communications.
Costruire proteine
Lo splicing dell’RNA, un processo scoperto alla fine degli anni ’70, consente alle cellule di controllare con precisione il contenuto dei trascritti di mRNA che trasportano le istruzioni per la costruzione delle proteine.
Ogni trascrizione di mRNA contiene regioni codificanti, note come esoni, e regioni non codificanti, note come introni. Includono anche siti che agiscono come segnali per dove dovrebbe avvenire lo splicing, consentendo alla cellula di assemblare la sequenza corretta per una proteina desiderata.Questo processo consente a un singolo gene di produrre più proteine; su scale temporali evolutive, lo splicing può anche modificare le dimensioni e il contenuto di geni e proteine, quando diversi esoni vengono inclusi o esclusi.
Lo spliceosoma, che si forma sugli introni, è composto da proteine e RNA non codificanti chiamati piccoli RNA nucleari (snRNA).Nel primo passaggio dell’assemblaggio dello spliceosoma, una molecola di snRNA nota come snRNA U1 si lega al sito di splicing 5′ all’inizio dell’introne. Finora, si pensava che la forza di legame tra il sito di splicing 5′ e lo snRNA U1 fosse il fattore determinante più importante per stabilire se un introne sarebbe stato splicing fuori dalla trascrizione dell’mRNA.
Nel nuovo studio, il team del MIT ha scoperto che una famiglia di proteine chiamata LUC7 aiuta anche a determinare se si verificherà lo splicing, ma solo per un sottoinsieme di introni: nelle cellule umane, fino al 50%.
Prima di questo studio, si sapeva che le proteine LUC7 si associano all’snRNA U1, ma la funzione esatta non era chiara. Ci sono tre diverse proteine LUC7 nelle cellule umane e gli esperimenti di Kenny hanno rivelato che due di queste proteine interagiscono specificamente con un tipo di sito di splicing 5′, che i ricercatori hanno chiamato “destro”. Una terza proteina LUC7 umana interagisce con un tipo diverso, che i ricercatori chiamano “sinistro”.
I ricercatori hanno scoperto che circa la metà degli introni umani contiene un sito destrorso o mancino, mentre l’altra metà non sembra essere controllata dall’interazione con le proteine LUC7. Questo tipo di controllo sembra aggiungere un altro livello di regolazione che aiuta a rimuovere introni specifici in modo più efficiente, affermano i ricercatori.
“Il documento dimostra che queste due diverse sottoclassi di siti di splicing 5′ esistono e possono essere regolate indipendentemente l’una dall’altra“, afferma Kenny. “Alcuni di questi processi di splicing del core sono in realtà più complessi di quanto avessimo precedentemente ritenuto, il che giustifica un esame più attento di ciò che crediamo sia vero su questi processi molecolari altamente conservati”.
“Macchinari di giunzione complessi”
Lavori precedenti hanno dimostrato chela mutazione o la delezione di una delle proteine LUC7 che si legano ai siti di splicing destrorsi è collegata ai tumori del sangue, tra cui circa il 10 percento delle leucemie mieloidi acute (LMA).In questo studio, i ricercatori hanno scoperto che le LMA che hanno perso una copia del gene LUC7L2 hanno uno splicing inefficiente dei siti di splicing destrorsi. Questi tumori hanno anche sviluppato lo stesso tipo di metabolismo alterato osservato in lavori precedenti.
“Capire come la perdita di questa proteina LUC7 in alcune LAM alteri lo splicing potrebbe aiutare nella progettazione di terapie che sfruttano queste differenze di splicing per curare la LAM”, afferma Burge. “Esistono anche farmaci a piccole molecole per altre malattie come l’atrofia muscolare spinale che stabilizzano l’interazione tra U1 snRNA e specifici siti di splicing 5′. Quindi, la conoscenza che particolari proteine LUC7 influenzano queste interazioni in specifici siti di splicing potrebbe aiutare a migliorare la specificità di questa classe di piccole molecole”.
Collaborando con un laboratorio guidato da Sascha Laubinger, professore alla Martin Luther University di Halle-Wittenberg, i ricercatori hanno scoperto che anche gli introni delle piante presentano siti di splicing 5′ destri e sinistri, regolati dalle proteine Luc7.
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“Molto di ciò che sappiamo su come funziona lo splicing e quali sono i componenti principali deriva in realtà da un lavoro genetico sul lievito relativamente vecchio“, afferma Kenny. “Quello che vediamo è che gli esseri umani e le piante tendono ad avere un macchinario di splicing più complesso, con componenti aggiuntivi che possono regolare in modo indipendente diversi introni“.
I ricercatori ora intendono analizzare ulteriormente le strutture formate dalle interazioni delle proteine Luc7 con l’mRNA e il resto dello spliceosoma, il che potrebbe aiutarli a comprendere più in dettaglio come diverse forme di Luc7 si legano a diversi siti di splicing 5′.
Fonte:Nature Communications