DNA non codificante ncDNA Teorie sul ruolo genetico RNAi e miRNA
DNA non codificante ncDNA Teorie sul ruolo genetico RNAi e miRNA
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<strong>DNA</strong> <strong>non</strong> <strong>codificante</strong><br />
nc<strong>DNA</strong><br />
<strong>Teorie</strong> <strong>sul</strong> <strong>ruolo</strong> <strong>genetico</strong><br />
<strong>RNAi</strong> e <strong>miRNA</strong><br />
Liberamente tratto dalla tesina del Dr. Emiliano Mancini
nc<strong>DNA</strong><br />
• Per nc<strong>DNA</strong> si intende il <strong>DNA</strong> intronico, intergenico e altre zone <strong>non</strong><br />
codificanti del genoma.<br />
• nc<strong>DNA</strong> è caratteristico degli eucarioti:<br />
– Sequenze codificanti → 1.5% del genoma umano<br />
– Introni → in media 95-97% del gene <strong>codificante</strong><br />
– Almeno un terzo del genoma umano viene trascritto<br />
• L’evoluzione successiva dello spliceosoma ha facilitato la diffusione<br />
degli introni negli eucarioti più complessi.<br />
• Nei procarioti si ha una piccolissima parte di nc<strong>DNA</strong> perché i processi<br />
di trascrizione e traduzione sono quasi simultanei<br />
• nc<strong>DNA</strong> nei procarioti è meno dell’1%
Attività genetica:<br />
tradizionalmente si riteneva...<br />
Procarioti Eucarioti
Ipotesi <strong>sul</strong> <strong>ruolo</strong> del nc<strong>DNA</strong>:<br />
nc<strong>DNA</strong><br />
• facilita il processo di riassortimento<br />
• è presente per motivi strutturali<br />
• è una traccia dell’assemblamento casuale prebiotico<br />
Il nc<strong>DNA</strong> dopo l’escissione viene semplicemente degradato e riciclato<br />
Alcune regioni del genoma codificano per l’rRNA e il tRNA necessari<br />
alla sintesi proteica<br />
I genomi sequenziati di batteri e archeobatteri sono costituiti principalmente da<br />
sequenze codificanti affiancate da regioni di controllo dell’espressione. .
...attualmente si ritiene<br />
RNA intronici ed esonici interagendo<br />
con altre molecole possono dirigersi<br />
selettivamente verso bersagli posti su<br />
altre molecole di <strong>DNA</strong> ed RNA<br />
Sono state identificate migliaia di<br />
sequenze di RNA che vengono<br />
trascritte e <strong>non</strong> tradotte in proteine.<br />
Inutile spreco energetico?<br />
Eucarioti
<strong>RNAi</strong><br />
Il meccanismo dell’RNA interference, scoperto nel 1998 da studi <strong>sul</strong> C.Elegans 1 ,<br />
segue la scoperta delle capacità di gene silencing dell’RNA antisenso:<br />
una molecola artificiale di RNA (single strand) che si lega all’mRNA e ne<br />
impedisce la traduzione in proteina.<br />
<strong>RNAi</strong> è in grado di combattere infezioni di RNA virus per cui si pensa che si sia<br />
evoluto per proteggere le cellule eucariotiche contro forme invasive di acidi<br />
nucleici<br />
Caratteristiche importanti dell’<strong>RNAi</strong>:<br />
• <strong>RNAi</strong> si diffonde nell’individuo e può essere trasmesso alla progenie<br />
• Solo poche molecole di dsRNA (double-strand) sono sufficienti ad<br />
innescare il meccanismo di <strong>RNAi</strong> presenza di componenti<br />
catalitiche di amplificazione<br />
• <strong>RNAi</strong> agisce a livello post-trascrizionale poiché dsRNA<br />
corrispondenti a sequenze introniche <strong>non</strong> attivano l’<strong>RNAi</strong><br />
• <strong>RNAi</strong> è altamente specifico: l’iniezione di dsRNA omologo a<br />
sequenze esoniche specifiche di un gene eliminano o riducono solo<br />
l’mRNA corrispondete a quel gene particolare.<br />
1 Caenorhabditis elegans è un verme lungo circa 1 mm, che vive nel suolo, in regioni temperate.
Micro-RNA<br />
<strong>miRNA</strong> sono una classe di piccoli RNA <strong>non</strong> codificanti che si trovano nei genomi<br />
degli eucarioti.<br />
Nel genoma si trovano negli introni o in regioni <strong>non</strong> codificanti come singoli geni<br />
o in cluster di vari <strong>miRNA</strong> diversi entro il raggio di alcune kilobasi<br />
<strong>miRNA</strong> sembrano coinvolti nella<br />
regolazione dei geni attraverso<br />
vari meccanismi simili all’RNA<br />
antisenso e all’iRNA che portano<br />
al blocco della traduzione o alla<br />
degradazione del mRNA.<br />
<strong>miRNA</strong> trovati negli<br />
invertebrati si trovano anche<br />
nei vertebrati ma <strong>non</strong><br />
viceversa.
Micro-RNA<br />
<strong>miRNA</strong> vengono trascritti dal <strong>DNA</strong> come<br />
lunghi precursori primari (pri-<strong>miRNA</strong>), nel<br />
caso di ammassi di <strong>miRNA</strong> come<br />
polycistronic RNA con una distinta struttura<br />
secondaria contenente diversi stem.loops<br />
imperfetti<br />
La maturazione dei <strong>miRNA</strong> richiede<br />
almeno altri due passi di processazione:<br />
• La ribonucleasi III Drosha taglia gli<br />
stem-loops dal pri-<strong>miRNA</strong> dando luogo a<br />
<strong>miRNA</strong> precursori (pre-<strong>miRNA</strong> o stRNA)<br />
lunghi circa 70-80 nucleotidi<br />
• Nel citoplasma il Dicer un’endonucleasi<br />
di tipo III escinde il <strong>miRNA</strong> maturo (circa<br />
22 nucleotidi) dal stRNA
4 stadi:<br />
1. Dicer taglia il dsRNA in<br />
frammenti a doppia elica<br />
lunghi 21-25 nucleotidi<br />
(siRNA)<br />
2. Gli siRNA vengono<br />
incorporati in un<br />
complesso detto RISC<br />
(RNA-induced silencing<br />
complex)<br />
3. Attivazione del RISC<br />
mediante la separazione<br />
delle due catene<br />
4. Degradazione di mRNA<br />
complementare allo<br />
strand di guida del<br />
siRNA presente nel<br />
RISC<br />
<strong>RNAi</strong><br />
5. Si ha un ulteriore step che varia a seconda degli organismi.<br />
Questi siRNA secondari vengono generati durante un’amplificazione<br />
ciclica nella quale l’RdRp (RNA-dependent RNA polimerase)<br />
viene direzionata <strong>sul</strong> mRNA bersaglio dai siRNA esistenti
4 stadi:<br />
1. Dicer taglia il dsRNA in<br />
frammenti a doppia elica<br />
lunghi 21-25 nucleotidi<br />
(siRNA)<br />
2. Gli siRNA vengono<br />
incorporati in un<br />
complesso detto RISC<br />
(RNA-induced silencing<br />
complex)<br />
3. Attivazione del RISC<br />
mediante la separazione<br />
delle due catene<br />
4. Degradazione di mRNA<br />
complementare allo<br />
strand di guida del<br />
siRNA presente nel<br />
RISC<br />
<strong>RNAi</strong><br />
5. Si ha un ulteriore step che varia a seconda degli organismi.<br />
Questi siRNA secondari vengono generati durante un’amplificazione<br />
ciclica nella quale l’RdRp (RNA-dependent RNA polimerase)<br />
viene direzionata <strong>sul</strong> mRNA bersaglio dai siRNA esistenti
Conseguenze nuova genetica<br />
• Malattie come l’epilessia e l’autismo potrebbero essere legate<br />
ad errori nelle zone di nc<strong>DNA</strong><br />
• Capire come funzionano i <strong>miRNA</strong> potrebbe dare indicazioni<br />
importanti <strong>sul</strong> meccanismo di differenziazione cellulare<br />
• Zofia Szweykowska-Kuliñska, Artur Jarmowski and Marek Figlerowicz, RNA<br />
interference and its role in the regulation of eucaryotic gene expression, Acta<br />
Biochimica Polonica, Vol. 50 No. 1/2003, p 217–229<br />
• Andrea Tanzer. Jorg Lehmann, Peter F. Stadler, STATISTICAL EVIDENCE FOR<br />
SPECIFIC EXPANSION OF THE <strong>miRNA</strong> REPERTOIRE IN VERTEBRATES<br />
• John S.Mattick , RNA regulation: a new genetics?, NATURE REVIEWS |<br />
GENETICS, VOLUME 5 | APRIL 2004,p316-323
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