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

Breve RNA Interferente


Molecola del Mese di Febbraio 2008

Breve RNA Interferente
Nelle nostre cellule la presenza di RNA a doppia elica è spesso indice di un problema. Per la verità, l'RNA transfer e i ribosomi contengono alcuni tratti a forcina e quindi a doppia elica, ma la maggior parte del nostro RNA, ed in particolar modo l'RNA messaggero, è a singola catena. Molti virus, invece, formano lunghi tratti di RNA a doppia elica quando duplicano il loro genoma. Se le nostre cellule trovano RNA a doppia elica, interpretano il fatto come un'infezione virale e producono una forte risposta che spesso porta alla morte dell'intera cellula. Le piante e gli animali, però, possiedono anche altre difese più mirate che attaccano direttamente l'RNA virale, chiamate interferenze di RNA.

Produrre l'interferenza
L'interferenza di RNA inizia quando si presenta una lunga catena a doppia elica di RNA come quella prodotta dai virus in replicazione. Un enzima Dicer (che frammenta), mostrato qui a destra in blu (file PDB 2ffl), taglia la catena di RNA a doppia elica in piccoli frammenti chiamati breve RNA interferente (siRNA), uno di questi è mostrato qui a fianco (file PDB 2f8s). I siRNA sono lunghi circa 21 paia di basi, ma le due catene sono tagliate in modo asimmetrico:19 nucleotidi sono perfettamente accoppiati mentre due nucleotidi sporgono da ognuna delle due estremità 3'. Queste caratteristiche permettono di riconoscere facilmente i siRNA. Notate, nell'enzima Dicer, la disposizione dei quattro ioni manganese, evidenziati in magenta. Si pensa che siano proprio questi ad operare il taglio asimmetrico nella catena di RNA a doppia elica creando così le sporgenze.

L'Argonauta
Le molecole di siRNA prodotte dall'enzima Dicer, vengono raccolte da proteine Argonauta e utilizzate per distruggere ogni altro RNA virale che si trovi lì intorno. La proteina Argonauta, mostrata qui a fianco (file PDB 1u04) lega su di sè una sola delle due catene del siRNA (non visibile qui) e cerca un RNA messaggero che si appai con questa. Se lo trova, lo idrolizza, cioè lo elimina facendolo a pezzi. In questo modo la cellula rimuove ogni traccia di RNA messaggero che corrisponda alla sequenza della doppia elica di RNA attaccata all'inizio dall'enzima Dicer.
Curiosità: la proteina Argonauta è stata scoperta per la prima volta in una pianta mutante che aveva una forma a spirale simile a quella della conchiglia di Nautilus, un cefalopode che gli inglesi chiamano Argonauta.

Un mare di piccoli RNA
Negli anni trascorsi dalla scoperta dell'interferenza dell'RNA, i ricercatori hanno trovato che questo processo è molto più comune di quanto si credeva e che i piccoli frammenti di RNA svolgono molte funzioni. Una classe di molecole simili, chiamate microRNA, viene creata nel nucleo a partire dal normale RNA della cellula. Anche questi microRNA vengono creati da enzimi Dicer e sono usati per modulare l'attività del nostro normale RNA messaggero. Cercano un RNA messaggero con una sequenza complementare, vi si legano e quindi ne bloccano il funzionamento. I microRNA si accoppiano anche con sequenze complementari del DNA, in questo modo modificano le proprietà dei cromosomi cambiando il livello di metilazione o di legame con gli istoni.

L'RNA interferente nella ricerca scientifica
Gli scienziati hanno imparato ad utilizzare la tecnica dell'RNA interferente per rompere specifiche sequenze di RNA nelle cellule animali e vegetali. Oggi è possibile sintetizzare sequenze artificiali di RNA interferente che, inserite nella cellula, possono rompere qualsiasi RNA si voglia disattivare. Questa è diventata una tecnica veloce ed efficace per determinare la funzione di un gene: si distrugge la maggior parte dell'RNA messaggero che quel gene produce usando un RNA interferente opportuno, in questo modo si arresta quasi completamente la produzione della proteina codificata da quel gene e si osservano le conseguenze. Alcuni ricercatori stanno provando ad usare queste piccole molecole di RNA per combattere malattie, per esempio disattivando alcuni geni legati al cancro.

I Virus Reagiscono
I virus sono tenaci e raramente restano senza far niente quando vengono attaccati. I virus hanno elaborato diverse strategie per reagire all'interferenza dell'RNA. La proteina mostrata qui (file PDB 1r9f) è una proteina soppressore prodotta dal virus del rachitismo cespuglioso del pomodoro. Si lega ai siRNA e ne impedisce la normale funzione di distruggere l'RNA messaggero virale. Notate come la proteina (in blu) si comporti come un calibro, sovrapponendosi alle due estremità del siRNA (in arancione e rosso). In questo modo individua e blocca solo piccoli frammenti di RNA che hanno esattamente la lunghezza di un siRNA.























Esplorando la Struttura

Le molecole di siRNA prodotte dall'enzima Dicer sono facili da riconoscere: hanno tutte la stessa lunghezza di 21 paia di basi e hanno un'insolita coda di due nucleotidi che sporge da ciascuna estremità 3'. La struttura mostrata qui sopra in azzurro (file PDB 1si3), è il dominio PAZ usato da molte proteine per riconoscere le due terminazioni del siRNA. Nella proteina è legato un breve tratto di siRNA rappresentato con piccole sfere colorate. Notate, in alto a sinistra, come le due basi sporgenti si legano all'interno di una piccola tasca della proteina, mentre la base terminale della catena più corta, sulla destra, si appoggia esattamente sotto una sporgenza della proteina. Nell'immagine qui a destra è rappresentata la stessa struttura.
















Bibliografia


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D. J. Patel, J. B. Ma, Y. R. Yan, K. Ye, Y. Pei, V. Kuryavyi, L. Malinina, G. Meister and T. Tuschl (2006) Structure biology of RNA silencing and its functional implications. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology 71, 81-93.