Malattie autoimmuni-immagine: supporto sperimentale per le varianti asRS. Illustrazione schematica del design MapUTR. Crediti: Nature Genetics
I geni che producono molte molecole di RNA messaggero (mRNA) possono costruire molte proteine, se queste molecole non si disintegrano prima che il lavoro sia completato.
All’interno di quasi ogni cellula umana è presente il DNA, un manuale di istruzioni completo per la costruzione e il mantenimento del corpo. I geni in quel manuale contengono le istruzioni per la produzione di proteine. Ma queste istruzioni devono viaggiare dal nucleo della cellula, dove vive il DNA, alla regione esterna della cellula – il citoplasma – dove vengono effettivamente prodotte le proteine.
È qui che entra in gioco l’mRNA. Come un messaggero, copia le istruzioni dal DNA nel nucleo e le trasmette al meccanismo che sintetizza le proteine. Più mRNA significa in genere più proteine, a meno che l’mRNA non sia instabile e si decomponga troppo rapidamente.
“Alla fine ogni mRNA è destinato a morire“, afferma Xinshu Xiao, Professore di biologia e fisiologia integrativa presso l’UCLA e autore principale di un articolo pubblicato su Nature Genetics. “L’mRNA viene prodotto, svolge il suo compito e poi viene distrutto. Ma la maggior parte della ricerca si è concentrata su come viene prodotto l’mRNA. Si è prestata molta meno attenzione alla velocità con cui si degrada, e questo è altrettanto importante“.
Sia la produzione che la stabilità dell’mRNA possono essere influenzate da mutazioni nel DNA, comunemente chiamate varianti genetiche. Queste varianti possono influenzare la quantità di proteine prodotte da una cellula e, a loro volta, influenzare il rischio di malattia di una persona. Ma capire se una variante influenzi la quantità di mRNA prodotta o la sua sopravvivenza, è stata una sfida importante.
Guidato dalla dottoranda dell’UCLA Elaine Huang, il team di Xiao ha sviluppato uno strumento computazionale chiamato RNAtracker, disponibile gratuitamente. Il software consente ai ricercatori di individuare se un gene viene regolato attraverso cambiamenti nella produzione di mRNA o nella sua stabilità. RNAtracker aiuta gli scienziati a tracciare il guasto. I ricercatori hanno applicato RNAtracker a un set di dati pubblicamente disponibile di 16 linee cellulari umane, in cui gli mRNA di nuova sintesi erano stati etichettati chimicamente e monitorati nel tempo. Ciò ha permesso loro di identificare geni la cui stabilità varia a causa di specifiche mutazioni.
“Molti di questi geni sono coinvolti nel funzionamento del sistema immunitario , in particolare del sistema immunitario innato, la prima linea di difesa dell’organismo contro le infezioni”, spiegano gli autori. Il team ha anche scoperto che diverse varianti genetiche legate all’mRNA instabile erano già state associate a malattie autoimmuni in studi genetici su larga scala. “Una delle intuizioni emerse da questo progetto è che alcune varianti associate a malattie potrebbero agire attraverso effetti sulla stabilità dell’mRNA“, ha affermato Xiao.
Utilizzando ulteriori modelli, i ricercatori hanno collegato i livelli di espressione di questi geni regolati dalla stabilità a malattie come rinite allergica, lupus, diabete mellito e sclerosi multipla. I risultati suggeriscono che la stabilità dell’mRNA, a lungo trascurata, potrebbe essere un meccanismo chiave alla base di molte malattie immuno-correlate.
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“La ricerca di base come la nostra cambia il paradigma su cui le persone si concentrano”, ha affermato Huang. “Per gli sviluppatori di farmaci o i ricercatori che lavorano su trattamenti, non si può puntare su ciò che non si sa essere importante. Stiamo cercando di attirare l’attenzione sulle varianti genetiche che influenzano la stabilità dell’mRNA, che non hanno ancora ricevuto la visibilità che meritano”.
Spiegano gli autori:
“L’espressione genica è modulata congiuntamente dalla regolazione trascrizionale e dalla stabilità dell’RNA messaggero, ma quest’ultima è spesso trascurata negli studi sulle varianti genetiche. In questo studio, sfruttando i dati di marcatura metabolica (Bru/BruChase-seq) e una nuova pipeline computazionale, RNAtracker, classifichiamo i geni come stabilità dell’RNA allele-specifica (asRS) o eventi di trascrizione dell’RNA allele-specifici. Identifichiamo oltre 5.000 varianti asRS tra 665 geni in un pannello di 11 linee cellulari umane. Queste varianti si sovrappongono direttamente alle regioni bersaglio conservate dei microRNA e ai siti proteici di legame dell’RNA allele-specifici, illuminando i meccanismi attraverso i quali la stabilità è mediata. Inoltre, abbiamo identificato varianti asRS causali utilizzando uno screening massivamente parallelo (MapUTR) per le varianti che influenzano l’abbondanza di mRNA post-trascrizionale, nonché attraverso approcci di prime editing CRISPR. In particolare, i geni asRS sono risultati significativamente arricchiti in una moltitudine di vie immunitarie e contribuiscono al rischio di diverse malattie del sistema immunitario. Questo lavoro evidenzia la stabilità dell’RNA come un meccanismo critico, ma poco studiato, che collega la variazione genetica e le malattie”.
“Il NIH svolge un ruolo fondamentale nel supportare iniziative su larga scala come ENCODE“, ha affermato Xiao. “Permettono ai ricercatori di tutto il mondo di accedere a enormi set di dati e di fare scoperte come la nostra”.
Fonte:Nature Genetics / Medicalxpress