14.9: Splicing dell'RNA

Panoramica

Il processo in cui l'RNA eucariotico viene modificato prima della traduzione delle proteine è chiamato splicing. Rimuove le regioni che non codificano le proteine e unisce le regioni codificanti delle proteine insieme. Lo splicing permette anche di esprimere diverse varianti proteiche da un singolo gene e svolge un ruolo essenziale nello sviluppo, nella differenziazione dei tessuti e nell'adattamento allo stress ambientale. Errori nello splicing possono portare a malattie come il cancro.

L'RNA trascritto dal DNA eucariotico subisce diverse modifiche

Il filamento di RNA trascritto dal DNA eucariotico è chiamato trascrizione primaria. Le trascrizioni primarie designate come mRNA sono chiamate RNA messaggero precursore (pre-mRNA). Il pre-mRNA viene quindi elaborato per formare mRNA maturo adatto per la traduzione di proteine. Il pre-mRNA Eucariotico contiene sequenze alternate di esoni e introni. Gli esoni sono sequenze nucleotidiche che codificano per le proteine, mentre gli introni sono le regioni non codificanti. Lo splicing dell'RNA è il processo mediante il quale gli introni vengono rimossi ed esoni rattoppati insieme.

Lo splicing si verifica all'interno del nucleo

Lo splicing è mediato dallo spliceosoma, un complesso di proteine e RNA chiamate piccole ribonucleoproteine nucleari (snRNP). Lo splicing riconosce sequenze di nucleotidi specifici aall'estremità degli esoni/introni. In primo luogo, si lega a una sequenza GU-contenente alla fine 5' dell'introne e a una "branch point sequence" (sequenza di punti di diramazione) contenente una A all'estremità 3' dell'introne. In una serie di passaggi attentamente orchestrati, altri snRNP portano quindi il punto di diramazione vicino al sito di giunzione 5'. Successivamente, una reazione chimica fende l'estremità 5' dell'introne dal suo esone a monte e la attacca al punto di diramazione, formando un ciclo chiamato lariat. Per rilasciare la lariat, l'estremità 3' dell'esone a monte reagisce con la sequenza AG-contenente dell'introne vicino all'estremità 5' dell'esone a valle. Questa reazione rattoppa i due esoni insieme e, quindi, conclude il processo di splicing (giunzione).

Lo splicing permette l'espressione di diverse proteine da un singolo gene

Il processo mediante il quale diverse combinazioni di esoni nel pre-mRNA vengono unite per formare mRNA maturo è chiamato splicing alternativo. Lo splicing alternativo produce diverse proteine da una singola trascrizione pre-mRNA.

Normalmente, gli esoni sono uniti insieme nell'ordine in cui appaiono in un gene. Tuttavia, durante lo splicing alternativo, questa sequenza preferita di esoni può essere alterata. Diversi modelli di splicing alternativo includono esone saltare, siti di giunzione alternativa 5' o 3', e ritenzione intron. Questi modelli sono guidati dalla lunghezza di esoni o introni e dalla forza dei siti di splicing. Di conseguenza, gli esoni più corti di altri esoni possono essere trascurati dal spliceg e omessi dall'mRNA maturo. Al contrario, gli introni significativamente più corti rispetto ad altri introni possono eludere la rimozione da parte dello spliceosoma e vengono mantenuti nell'mRNA maturo.

La forza dei siti di splicing è determinata dalla conservazione della sequenza intorno a esoni alternativi; questi influenzano i siti di splicing 5 o 3' scelti dallo spiceosoma. Pertanto, lo splicing alternativo genera varianti di mRNA maturo che sono state copiate dallo stesso tratto di DNA.

Durante la traduzione, le varianti della sequenza di RNA producono proteine diverse con aminoacidi aggiuntivi o minori, spostamenti nel frame di lettura o un codone di stop prematuro. Questo genera isoformi proteiche con diverse proprietà biologiche, tra cui la funzione, la localizzazione cellulare e l'interazione con altre proteine. Lo splicing alternativo svolge un ruolo vitale nell'espressione genica, controllando così lo sviluppo degli organi, la sopravvivenza o la proliferazione delle cellule e l'adattamento ai cambiamenti ambientali.

Lo splicing anormale può causare malattie

Gli errori nello splicing possono essere causati da mutazioni nel gene stesso o negli elementi regolatori che controllano l'espressione del gene. Una mutazione che si verifica nella sequenza esone o cisintrone di una trascrizione genica specifica è chiamata cis-mutazione. Una mutazione nel meccanismo di giunzione colpisce transdiversi geni e viene chiamata trans-mutazione.

Gli errori nello splicing producono isoforme proteiche aberranti, che possono contribuire a malattie, tra cui il cancro. Ad esempio, lo splicing alternativo del gene BCL2L1 genera una isoforme proteica lunga e corta , rispettivamente BCL-X_L e BCL-X_S,attraverso l'uso di siti di giunzione da 5' alternativi. L'isoforme BCL-X_L più lungo promuove la sopravvivenza delle cellule ed è altamente espresso in diversi tipi di cancro (ad esempio, cancro al sangue, al seno e al fegato). L'espressione della breve isoforme BCL-X_S che promuove la morte cellulare, è soppressa nel cancro.

- [Narratore] Negli eucarioti

la maggior parte dei geni contiene esoni,

sequenze codificanti per le proteine,

inframmezzati da introni,

regioni non codificanti.

Quando l'RNA viene inizialmente trascritto dal DNA,

contiene sia esoni che introni.

Lo splicing dell'RNA rimuove gli introni

e unisce gli esoni.

Questo accade all'interno del nucleo

allo spliceosoma,

una raccolta di molecole

che catalizzano lo splicing dell'RNA,

e comprendono

le ribonucleoproteine nucleari, o snRNP,

specifici complessi di RNA e proteine.

Come prima cosa, le snRNP e altre proteine

legano due regioni di un introne.

Una all'estremità 5',

di solito identificata dalla sequenza G-U,

e una al punto di ramificazione,

dove la sequenza contiene una A.

Altre snRNP assistono nel portare

l'estremità 5' al punto di ramificazione,

dove avviene una reazione

tra la A del punto di ramificazione

e il sito di splicing al 5',

piegando l'RNA e creando un anello chiamato lariat.

Poi avviene una seconda reazione

tra l'estremità 3' dell'esone a monte

e l'estremità 5' dell'esone a valle

al sito di splicing sull'estremità 3',

di solito identificato dalla sequenza A-G

all'estremità 3' dell'introne.

Questo stacca il lariat contenente l'introne

e le proteine associate,

lasciando gli esoni uniti tra loro.