RNA-immagine credit public domain.
Sebbene esistano differenze notevoli tra le cellule che compongono occhi, reni, cervello e dita dei piedi, il DNA di queste cellule è essenzialmente lo stesso. Da dove derivano queste differenze?
Gli scienziati stanno scoprendo che le qualità distintive che caratterizzano ogni cellula sono in realtà contenute in un cugino del DNA chiamato RNA.
L’RNA è stato a lungo considerato il noioso parente biochimico del DNA. I ricercatori pensavano che si limitasse a prelevare le informazioni genetiche immagazzinate nel DNA e a trasferirle ad altre parti della cellula, dove vengono poi utilizzate per produrre le proteine che svolgono le funzioni cellulari.
Ma solo circa il 2% del DNA codifica per le proteine. Il resto – sequenze di DNA che non codificano per le proteine – è ciò che gli scienziati considerano la materia oscura del genoma e c’è molto interesse nel capirne la funzione. In questo risiede gran parte del mistero e della magia dell’RNA.
In questa materia oscura, il DNA non codificante viene trascritto in RNA non codificante. Questi includono RNA piccoli e lunghi che non vengono mai tradotti in proteine e hanno il potenziale per regolare il genoma e generare la diversità cellulare attivando o disattivando vari geni. Quando questi RNA multiforme si alterano, possono portare a un’ampia gamma di malattie nelle persone.
Gli scienziati specializzati in RNA come quelli del team, stanno ora lavorando per sequenziare ogni RNA umano nell’ambito del Progetto Human RName, l’equivalente in RNA del Progetto Genoma Umano, per contribuire alla salute umana e migliorare i trattamenti delle malattie.
Le modifiche dell’RNA orchestrano il destino cellulare
Il DNA descrive dettagliatamente come i geni possono trasformarsi in proteine, mentre l’RNA segnala quando e dove queste proteine vengono prodotte . In altre parole, il DNA è un deposito di informazioni, mentre l’RNA è un accesso e una regolazione delle informazioni.
L’RNA è presente in numerose varianti, che differiscono per dimensioni e struttura, con forme più piccole coinvolte nella regolazione e nello sviluppo cellulare. Gran parte dell’RNA trascritto dal DNA viene elaborato e modificato dopo la sua sintesi.
Le modifiche dell’RNA sono strutture chimiche aggiunte all’RNA che regolano il trasferimento di informazioni. Queste modifiche dell’RNA sono distinte dalle modifiche del DNA, note come marcatori epigenetici. Mentre le modifiche del DNA possono essere ereditate, le modifiche dell’RNA si verificano in risposta allo stato attuale della cellula. Le modifiche dell’RNA sono più dinamiche e hanno effetti più significativi sulla struttura e sulla funzione della cellula, incluso il modo in cui le proteine vengono prodotte in diverse condizioni cellulari.
In condizioni normali, ad esempio, alcuni modelli di modificazione dell’RNA innescano l’eliminazione di RNA che codificano o aiutano a decodificare le proteine di risposta allo stress. Quando la cellula entra in uno stato di stress, questo modello di modifica viene riprogrammato in modo che queste proteine possano accumularsi e aiutare la cellula a riprendersi.
Inoltre, la diversità chimica delle modifiche dell’RNA è maggiore di quella delle modifiche del DNA. Oltre alle variazioni nei mattoni fondamentali che compongono l’RNA, in una cellula esistono oltre 50 varietà chimiche note come epitrascrittoma umano. In confronto, i marcatori epigenetici sono pochissimi.
Le collaborazioni tra il nostro laboratorio e altri hanno identificato livelli più elevati di modifiche di specifici tipi di RNA, chiamati RNA di trasferimento, che trasportano i mattoni delle proteine alle parti della cellula che li assemblano. Queste modifiche del tRNA possono essere un fattore chiave per il cancro e la resistenza alla chemioterapia e sono anche collegate a malattie dello sviluppo e neurologiche.
RNome per comprendere la salute e la malattia
Rispetto al DNA, l’RNA è più instabile e strutturalmente più diversificato e gli strumenti disponibili per studiarlo e sequenziarlo sono meno numerosi. Sebbene siano state investite molte risorse e sforzi per sequenziare il DNA attraverso il Progetto Genoma Umano, il sequenziamento dell’RNA e delle sue numerose modificazioni rimane un compito arduo.
Ma grazie ai progressi tecnologici, i ricercatori sono ora in grado di studiare le modifiche dell’RNA e riconoscerne il potenziale per curare o prevenire le malattie. Gli ultimi 20 anni di ricerca dedicati alle modificazioni dell’RNA hanno portato a quello che gli scienziati hanno definito un Rinascimento dell’RNA, catapultando l’RNA a diventare una delle macromolecole più interessanti da studiare e utilizzare come vaccini e medicinali.
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Comprendere e sfruttare il potere della materia oscura dell’RNA richiede un progetto della portata del Progetto Genoma Umano. I laboratori di tutto il mondo stanno utilizzando nuove tecnologie e approcci per sequenziare tutti gli RNA, chiamati RNome. Catalogare e definire l’RNA e le sue modifiche in cellule sane e malate richiederà ulteriori progressi nella tecnologia di sequenziamento, in modo da poter rilevare più di una modifica alla volta.
Crediamo che le mappe dell’RNome stimoleranno nuove tecnologie, nuove scoperte e apriranno la strada a nuovi trattamenti, migliorando la salute umana su larga scala.
Fonte: The Conversation