Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Esosomi


Molecola del Mese di Febbraio 2007

Introduzione
Le informazioni genetiche sono custodite al sicuro all'interno del nucleo di ogni nostra cellula. La maggior parte dell'attività di una cellula, però, avviene fuori dal nucleo: le proteine vengono sintetizzate nel citoplasma, l'energia viene prodotta nei mitocondri, e le interazioni con l'ambiente avvengono sulla superficie cellulare. Per questo il nucleo ha bisogno di una via di comunicazione con il resto della cellula. Le molecole di RNA realizzano questa funzione. Sono RNA i messaggeri che trasportano le informazioni genetiche dal nucleo ai distretti della cellula dove viene realizzata la sintesi o il controllo.

Trasporto speciale
Nella maggior parte dei casi, gli RNA prodotti nel nucleo contengono messaggi per la sintesi delle proteine e vengono appunto chiamati RNA messaggeri o mRNA. Nel nucleo le informazioni vengono copiate dal DNA all'mRNA, quindi l'RNA messaggero migra fino ai ribosomi (organelli del citoplasma dove avviene la sintesi proteica), infine l'mRNA viene distrutto e i nucleotidi che lo compongono sono riciclati per sintetizzare nuovo RNA messaggero.
Nei batteri l'mRNA ha una vita media molto breve, appena pochi minuti.
Nelle nostre cellule, invece, alcuni mRNA possono sopravvivere anche per ore. Naturalmente questo processo deve essere attentamente controllato se non si vogliono eliminare molecole di mRNA ancora utili. Per questo la distruzione dell'RNA è affidata ad un insieme di enzimi specializzati. Questi passano al vaglio le molecole di RNA, individuano quelle inutili e le tagliano in pezzi.

Distruzione Totale
Gli esosomi, come quello mostrato qui sopra (file PDB 2nn6), sono tra le molecole che distruggono l'RNA inutile. La parte centrale dell'esosoma ha la forma di un cilindro cavo, all'interno del quale è nascosto l'apparato che taglia l'RNA. Il cilindro è composto di sei differenti subunità (blu e viola). Le altre tre subunità (verdi) aiutano a controllare che solo le giuste molecole di RNA possano entrare nella bocca vorace di questo complesso.
L'uso di una molecola a forma di cilindro cavo per controllare la distruzione di altre molecole ci dovrebbe essere familiare, infatti abbiamo già incontrato molecole simili, i proteosomi, che distruggono le proteine inutili (AAA+ Proteasi mdm 8-2006).

Prepararsi alla Distruzione
Prima che un esosoma possa aggredire un RNA messaggero, molti altri enzimi devono attaccare il filamento di RNA e prepararlo per la completa distruzione.
Il primo passo consiste nel rimuovere la lunga sequenza di nucleotidi di adenina poliA che protegge la parte terminale 3' delle molecole di RNA messaggero. Questa viene rimossa da speciali ribonucleasi di deadenilazione come quella mostrata qui sulla sinistra (file PDB 2a1s).
Il secondo passo consiste nel rimuovere il cappuccio protettivo (mdm 1-2012) all'altra estremità, 5', della catena composto da nucleotidi di guanina attaccati alla rovescia. Questo cappuccio viene rimosso da un enzima specializzato come quello mostrato qui sulla destra (file PDB 1st0).

Esplorando la Struttura
La figura qui a lato mostra un esosoma di un archeobatterio (file PDB 2c37). Questo enzima è più semplice di quelli delle nostre cellule, è composto di un anello di sei subunità di due tipi simili. La struttura include anche due piccoli tratti di RNA legati in due dei tre siti attivi. Notate che i siti attivi si affacciano sulla superficie interna del canale centrale.

























La catena proteica dell'esosoma lega le catene di RNA grazie ad una serie di amminoacidi basici (soprattutto arginine) che vengono a trovarsi vicini ai gruppi fosfato acidi dell'RNA. Come si vede nella figura qui a fianco, si realizzano dei legami elettrostatici tra gruppi fosfato negativi sull'RNA (sfere gialle e rosse) e gli atomi di azoto positivi di quattro arginine (triangoli di atomi blu).
Immagine realizzata con Chimera (file PDB 2c37).













Bibliografia

K. Buttner, K. Wenig and K.-P. Hopfner (2006) The exosome: a macromolecular cage for controlled RNA degradation. Molecular Microbiology 61, 1372-1379.

E. Lorentzen and E. Conti (2006) The exosome and the proteosome: nano-compartments for degradation. Cell 125, 651-654.

M. J. Moore (2005) From birth to death: the complex lives of eukaryotic mRNAs. Science 309, 1514-1518.