11.9: siRNA - Small Interfering RNA

Gli small interfering RNA, o siRNA, sono brevi molecole di RNA regolatorie che possono silenziare i geni a livello post-trascrizionale, così come in alcuni casi a livello trascrizionale. Gli siRNA sono importanti per proteggere le cellule dalle infezioni virali e silenziare gli elementi genetici trasponibili.

Nel citoplasma, il siRNA viene elaborato da un RNA a doppio filamento, che proviene dalla trascrizione del DNA endogeno o da fonti esogene come un virus. Questo RNA a doppio filamento viene quindi scisso dalla riboendonucleasi ATP-dipendente, Dicer, in frammenti lunghi 21-23 nucleotidi con due sporgenze nucleotidiche su entrambe le estremità. Questo siRNA viene quindi caricato su un'altra proteina, Argonaute. Argonaute ha quattro diversi domini: N-terminale, PAZ, Mid e PIWI. Il suo dominio PIWI ha un'attività RNasi che consente ad Argonaute di scindere l'mRNA bersaglio. Il complesso Argonaute-siRNA si lega quindi con un'elicasi e altre proteine per formare il complesso di silenziamento indotto dall'RNA (RISC). Nel RISC, il filamento senso è separato dal filamento antisenso, o filamento guida, che si ritiene sia catalizzato dall'elicasi. Il filamento senso viene degradato nel citoplasma e il filamento guida dirige il RISC verso un mRNA bersaglio complementare.

Il destino dell'mRNA bersaglio è determinato dal fatto che l'mRNA guida mostri un accoppiamento di basi ottimale o subottimale con l'mRNA bersaglio. Se il filamento guida mostra un accoppiamento di basi ottimale con l'mRNA bersaglio, allora l'mRNA bersaglio viene tagliato da Argonaute. Il complesso RISC viene quindi riutilizzato nuovamente per prendere di mira un altro mRNA. Al contrario, se il filamento guida mostra un accoppiamento di basi non ottimale con il filamento di mRNA bersaglio, Argonaute non scinderà l'mRNA. Porterà invece all’arresto della traduzione poiché il complesso RISC ostacolerà il legame e la traslocazione dei ribosomi. Questi mRNA vengono quindi diretti ai corpi di elaborazione (corpi P) dove vengono gradualmente degradati. Nel nucleo, il siRNA può silenziare gli elementi trasponibili del DNA e quindi impedire il loro inserimento casuale indesiderato e pericoloso nel genoma.

Applicazioni siRNA

Poiché il siRNA silenzia geni specifici, ha importanti applicazioni sia nella ricerca sulla biologia molecolare che nelle applicazioni terapeutiche. Nella ricerca, possono essere utilizzati per studiare funzioni genetiche specifiche in vivo e in vitro silenziando quel gene. Possono anche essere utilizzati per silenziare i geni di virus mortali e possono essere impiegati come efficace agente antivirale. Gli siRNA vengono esplorati come potenziale trattamento per diverse malattie, inclusi disturbi neurologici come l’Alzheimer e i tumori, prendendo di mira i rispettivi geni che causano la malattia. Gli siRNA possono essere utilizzati nella terapia genica personalizzata poiché sono altamente specifici e possono essere facilmente progettati per diversi geni bersaglio. Inoltre, gli siRNA terapeutici sono programmati per colpire l’mRNA piuttosto che il DNA e quindi il rischio di modificazione permanente del DNA è significativamente ridotto.

Piccoli RNAs interferenti o siRNAs, sono RNAs non codificanti, lunghi circa 22 nucleotidi che regolano la sintesi e la stabilità di mRNA. Il siRNA può provenire dall'interno della cellula mediante trascrizione del DNA, può essere processato dall'RNA virale, oppure può essere aggiunto dagli scienziati per scopi sperimentali. I siRNA vengono processati da un lungo RNA a doppio filamento.

Questo RNA è scisso in siRNA corti multipli con l'aiuto di un'endonucleasi, Dicer. Ciascun siRNA si lega quindi all'argonauta lungo con altre proteine che portano alla formazione del complesso di silenziamento indotto dell'RNA-o RISC. In RISC, il filamento di guida di RNA è separato dal suo filamento complementare e rimane nel complesso in modo da potersi quindi accoppiare con l'mRNA bersaglio.

Allora l'mRNA bersaglio viene scisso con l'aiuto di argonauta e successivamente degradato nel citoplasma. Durante il loro ciclo di vita, gli RNA-virus, entrano in una cellula ospite e producono RNA a doppio filamento. Questo RNA è riconosciuto da Dicer e trasformato in siRNA.

I siRNA aiutano a combattere le infezioni virali, promuovendo la degradazione dell'mRNA virale. Nel nucleo, il DNA associato al centromero ripete codici di trascrizioni che sono che sono processate da Dicer per produrre tipi specifici di siRNA. A differenza del siRNA citoplasmatico, inibiscono la sintesi di mRNA e promuovono la formazione di eterocromatina, capace di regolare la trascrizione.

Questi siRNA si legano a proteine multiple, compreso l'argonauta, per formare il complesso di silenziamento trascrizionale indotto da RNA o RITS. Il siRNA dirige la RITS verso un sito di trascrizione attiva, dove si lega all'mRNA nascente. Questo legame conduce quindi al reclutamento di proteine aggiuntive che modificano le proteine istoniche vicine e promuovono la formazione di eterocromatina.

Ciò rende i geni specifici inaccessibili, inibendo l'inizio della trascrizione nella regione bersaglio, e silenziando i transposoni.