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iRNA per rispondere a cambiamenti improvvisi
Di fronte a mutamenti improvvisi dettati da stimoli ambientali e stati di stress le cellule sfruttano l'intereferenza a RNA per attuare cambiamenti rapidi
Di fronte a mutamenti improvvisi dettati da stimoli ambientali e stati di stress anche le cellule sono chiamate a prendere decisioni rapide. Così, in caso di crisi – dal greco krisis, "decisione" – devono poter adattare il proprio normale programma genetico "frenando" la potenza delle loro macchine, come navi che devono improvvisamente virare. A scoprire per la prima volta come questo avviene su scala globale nel genoma è Valerio Orlando, ricercatore dell'Istituto Telethon Dulbecco che lavora alla Fondazione Santa Lucia di Roma: le cellule rispondono alle crisi modulando direttamente l'attività dei geni grazie all'interferenza a Rna, meccanismo molto conservato a livello evolutivo, che nel 2006 ha fruttato anche il premio Nobel ai suoi scopritori Craig Mello e Andrew Fire. Lo studio, finanziato da Telethon e Associazione italiana ricerca sul cancro, con il contributo del ministero Affari esteri (Progetti di grande rilevanza Italia-Giappone), ha meritato la pubblicazione su Nature*.
L'Rna – sigla che sta per acido ribonucleico – è una molecola simile al Dna che svolge numerosi compiti nella cellula, tra cui quello di messaggero: la cellula produce, a partire dal Dna, filamenti di Rna che fanno da "stampo" per la traduzione in proteine. L'interferenza a Rna è un meccanismo comune a quasi tutti gli organismi viventi, anche quelli più semplici come il lievito, che si è evoluto innanzitutto per proteggere le cellule dai virus, fonte principale di Rna estranei. La cellula riconosce queste molecole come estranee, si allerta e le riduce in pezzi più piccoli per eliminarle, evitando così che vengano prodotte proteine virali.
Nel corso dell'evoluzione questo meccanismo è stato adottato anche per reprimere la produzione di proteine cellulari non necessarie in un determinato momento, controllando così in maniera fine la sintesi proteica: piccoli Rna prodotti dalla cellula riconoscono specifiche porzioni negli "Rna messaggero" e ne decretano così la distruzione.
Recentemente si è scoperto che, al contrario di quanto si pensava, solo il 5 per cento del genoma produce informazioni successivamente tradotte in proteine. Infatti, la maggior parte degli Rna prodotti sembra agire a un livello superiore rispetto al Dna, con meccanismi che i ricercatori definiscono "epigenetici" e che consentono alle cellule di conservare la loro identità nel tempo. Lo studio di questi meccanismi è importante per capire non solo come una cellula acquisisce le sue caratteristiche peculiari, ma anche come la perdita di questa identità possa tradursi in stati patologici, come per esempio tumori e malattie degenerative.
"Fino a oggi si pensava che la regolazione dei livelli di Rna e quindi di proteine avvenisse nel citoplasma, il compartimento cellulare in cui l'Rna messaggero è convertito in proteine", spiega Orlando. "In questo lavoro abbiamo dimostrato per la prima volta che questo avviene anche nel nucleo, dove risiede il Dna: si tratta di un "piano globale" di regolazione genica completamente nuovo, inseguito da tempo da ricercatori di tutto il mondo. Secondo questo piano, in caso di "crisi" - cambiamenti improvvisi di temperatura e di nutrienti disponibili, oppure modifiche nel corso dello sviluppo - la cellula sfrutta i macchinari che producono i piccoli Rna all'interno del nucleo per inibire direttamente la produzione di Rna alla fonte e adattarsi così alle condizioni ambientali".
"I nostri risultati, ottenuti studiando cellule del moscerino della frutta, sono di grande interesse" spiega Davide Corona, ricercatore Telethon dell'Università di Palermo, finanziato dalla Fondazione Armenise-Harvard, che ha preso parte allo studio: "nel caso di malattie dovute all'eccessiva o alla ridotta produzione di determinate proteine, infatti, questi piccoli Rna nucleari potrebbero essere usati per modulare l'espressione dei geni in maniera stabile, regolando la quantità di proteina prodotta, senza necessariamente intervenire sul difetto genetico responsabile della patologia".
Per andare a fondo su questo ruolo inedito dei piccoli Rna, i ricercatori sono ora al lavoro per comprendere nel dettaglio il loro meccanismo di azione anche in cellule umane. Conclude Orlando: "la scoperta di questo meccanismo rappresenta un passo fondamentale per capire come piccoli Rna possano essere utilizzati a scopo terapeutico operando sul livello "epigenetico" anziché genetico".
Articolo:
Cernilogar F., Onorati, M.C., Khothe G., Burroughs M., Parsi K.M., Breiling A., lo Sardo F., Saxena A., Miyoshi K., Siomi H., Siomi M., Carninci P.,Gilmour D., Corona D. e Orlando V. "Chromatin-associated Rna components contribuite to transcriptional regulation in Drosophila" Nature novembre 2011-10-28
Redazione (11/11/2011)
Pubblicato in Biochimica e Biologia Cellulare
Tag:
iRNA,
stress,
cellula,
RNA
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