microRNA Struttura e Funzione
Cinzia Di Pietro
Università degli Studi di Catania
Dipartimento di Scienze Biomediche e Biotecnologiche
Sezione di Biologia e Genetica G. Sichel
I MicroRNAs (miRNAs) sono dei piccoli RNAs non
codificanti (21 – 25 nucleotidi).
Regolano negativamente l’espressione genica a
livello post-trascrizionale.
Regolazione dell’espressione genica
miRNA
Esplicano il loro ruolo mediante riconoscimento ed
appaiamento a specifiche sequenze di mRNAs
Regione 3’ non tradotta (3’UTR)
Regione 5’ non tradotta (5’UTR)
Sequenza Codificante (CDS)
Differenti miRNAs possono avere come bersaglio lo stesso mRNA
Lo stesso miRNA può avere come bersaglio differenti mRNAs
Negli organismi pluricellulari,
la regolazione dell’espressione genica è alla
base del differenziamento cellulare
e
della complessità dell’organismo
Hobert (2004) TIBS
La complessità di un organismo non correla necessariamente con il numero di geni
Ipotizzando N geni umani e supponendo che ciascuno possa essere presente in due soli
stati, ON o OFF, il numero di possibili stati sarebbe pari a 2N.
25,000 geni nel genoma umano Complessità = 225,000
Hobert (2004) TIBS
La scoperta dei microRNAs è abbastanza recente
• Le sequenze nucleotidiche dei miRNA si sono conservate nel corso dell’evoluzione;
• I loro geni possono essere localizzati sia in regioni intergeniche che all’interno di geni di seconda classe (di solito in introni o in
esoni non tradotti);
• Molte volte troviamo cluster di geni.
GENOMICA
Zhao Y and Srivastava D, 2007
LOCALIZZAZIONE GENOMICA
ORGANIZZAZIONE GENOMICA
•Vengono trascritti dalla RNA pol II in modo indipendente o contemporaneamente al gene che li ospita;
•Il processo di maturazione dei miRNAs è estremamente complesso: subiscono un
processo di maturazione sia nucleare che citoplasmatico.
TRASCRIZIONE e MATURAZIONE
TRASCRIZIONE
Pri-miRNA
MATURAZIONE NUCLEARE
Pre-miRNA
TRASPORTO NEL CITOPLASMA MATURAZIONE CITOPLASMATICA
miRNA maturo
Generalmente i geni codificanti per miRNA sono trascritti nel nucleo dalla RNA-polimerasi II che dà vita a lunghi trascritti, i pri-miRNA, che presentano il cap e la poliadenilazione. Questi ultimi vengono processati da un’RNasi III, Drosha, e dal suo cofattore, Pasha. Si ottengono così trascritti lunghi 60 - 110 nucleotidi, detti pre-miRNA. Successivamente le proteine RAN-GTP ed exportin 5 trasportano i pre-miRNA dal nucleo al citoplasma. Un’altra RNasi III, Dicer, li processa per generare molecole di RNA duplex di circa 22 nucleotidi. Queste molecole vengono caricate nel complesso miRISC (miRNA-associated multiprotein RNA-induced silencing complex). I miRNA maturi a singolo filamento vengono poi mantenuti all’interno del complesso.
MATURAZIONE
I miRNA possono avere due modi diversi d’agire a seconda della complementarietà che vi è tra il miRNA e il suo target. Complementarità perfetta: degradazione dell’mRNA. Complementarità imperfetta: blocco della traduzione.
FUNZIONE
By Sihan Wu, Wenbo Zhu and Guangmei Yan, 2013
Il ruolo biologico dei miRNA è associato al ruolo dei loro mRNA targets
Dal ruolo biologico al coinvolgimento in patologie
microRNAs come oncosoppressori o protoncogeni
Lo stesso microRNA può agire sia da oncosoppressore che da protoncogene
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microRNA e Malattie Complesse
Sakthivel Srinivasan et al. Theranostics 2013 Review
Ruolo dei long non coding RNAs lncRNAs
Organizzazione Genomica dei lncRNAs
I miRNA sono presenti in diversi fluidi biologici.
La loro espressione nei fluidi correla con specifici fenotipi patologici.
microRNA circolanti
Weber et al. The MicroRNA Spectrum in 12 Body Fluids. Clinical Chemistry (2010)
microRNA circolanti:
ORMONI primordiali ???
Diagnosi biomarcatori precoci, non invasivi di patologie; biomarcatori di risposta a determinate terapie farmacologiche.
Terapia miRNA sintetici (nel caso di miRNA specificatamente down-regolati);
Antagomir (nel caso di miRNA specificatamente up-regolati).
From bench to bedside
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