microRNA Struttura e Funzione

Cinzia Di Pietro

Università degli Studi di Catania

Dipartimento di Scienze Biomediche e Biotecnologiche

Sezione di Biologia e Genetica G. Sichel

I MicroRNAs (miRNAs) sono dei piccoli RNAs non

codificanti (21 – 25 nucleotidi).

Regolano negativamente l’espressione genica a

livello post-trascrizionale.

Regolazione dell’espressione genica

miRNA

Esplicano il loro ruolo mediante riconoscimento ed

appaiamento a specifiche sequenze di mRNAs

Regione 3’ non tradotta (3’UTR)

Regione 5’ non tradotta (5’UTR)

Sequenza Codificante (CDS)

Differenti miRNAs possono avere come bersaglio lo stesso mRNA

Lo stesso miRNA può avere come bersaglio differenti mRNAs

Negli organismi pluricellulari,

la regolazione dell’espressione genica è alla

base del differenziamento cellulare

e

della complessità dell’organismo

Hobert (2004) TIBS

La complessità di un organismo non correla necessariamente con il numero di geni

Ipotizzando N geni umani e supponendo che ciascuno possa essere presente in due soli

stati, ON o OFF, il numero di possibili stati sarebbe pari a 2N.

25,000 geni nel genoma umano Complessità = 225,000

Hobert (2004) TIBS

La scoperta dei microRNAs è abbastanza recente

• Le sequenze nucleotidiche dei miRNA si sono conservate nel corso dell’evoluzione;

• I loro geni possono essere localizzati sia in regioni intergeniche che all’interno di geni di seconda classe (di solito in introni o in

esoni non tradotti);

• Molte volte troviamo cluster di geni.

GENOMICA

Zhao Y and Srivastava D, 2007

LOCALIZZAZIONE GENOMICA

ORGANIZZAZIONE GENOMICA

•Vengono trascritti dalla RNA pol II in modo indipendente o contemporaneamente al gene che li ospita;

•Il processo di maturazione dei miRNAs è estremamente complesso: subiscono un

processo di maturazione sia nucleare che citoplasmatico.

TRASCRIZIONE e MATURAZIONE

TRASCRIZIONE

Pri-miRNA

MATURAZIONE NUCLEARE

Pre-miRNA

TRASPORTO NEL CITOPLASMA MATURAZIONE CITOPLASMATICA

miRNA maturo

Generalmente i geni codificanti per miRNA sono trascritti nel nucleo dalla RNA-polimerasi II che dà vita a lunghi trascritti, i pri-miRNA, che presentano il cap e la poliadenilazione. Questi ultimi vengono processati da un’RNasi III, Drosha, e dal suo cofattore, Pasha. Si ottengono così trascritti lunghi 60 - 110 nucleotidi, detti pre-miRNA. Successivamente le proteine RAN-GTP ed exportin 5 trasportano i pre-miRNA dal nucleo al citoplasma. Un’altra RNasi III, Dicer, li processa per generare molecole di RNA duplex di circa 22 nucleotidi. Queste molecole vengono caricate nel complesso miRISC (miRNA-associated multiprotein RNA-induced silencing complex). I miRNA maturi a singolo filamento vengono poi mantenuti all’interno del complesso.

MATURAZIONE

I miRNA possono avere due modi diversi d’agire a seconda della complementarietà che vi è tra il miRNA e il suo target. Complementarità perfetta: degradazione dell’mRNA. Complementarità imperfetta: blocco della traduzione.

FUNZIONE

By Sihan Wu, Wenbo Zhu and Guangmei Yan, 2013

Il ruolo biologico dei miRNA è associato al ruolo dei loro mRNA targets

Dal ruolo biologico al coinvolgimento in patologie

microRNAs come oncosoppressori o protoncogeni

Lo stesso microRNA può agire sia da oncosoppressore che da protoncogene

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microRNA e Malattie Complesse

Sakthivel Srinivasan et al. Theranostics 2013 Review

Ruolo dei long non coding RNAs lncRNAs

Organizzazione Genomica dei lncRNAs

I miRNA sono presenti in diversi fluidi biologici.

La loro espressione nei fluidi correla con specifici fenotipi patologici.

microRNA circolanti

Weber et al. The MicroRNA Spectrum in 12 Body Fluids. Clinical Chemistry (2010)

microRNA circolanti:

ORMONI primordiali ???

Diagnosi biomarcatori precoci, non invasivi di patologie; biomarcatori di risposta a determinate terapie farmacologiche.

Terapia miRNA sintetici (nel caso di miRNA specificatamente down-regolati);

Antagomir (nel caso di miRNA specificatamente up-regolati).

From bench to bedside