Temas-Biología: ARN - el verdadero regulador de los genes y proteínas

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Rna - il vero regolatore di geni e proteine - ci distingue dai moscerini

vía biologia « WordPress.com Tag Feed de liquidroom el 22/04/09

GIUSEPPE BIAMONTI - CNR Pavia.

mRna, piccolo "stampo" dell'informazione

Viviamo in un'epoca «Dna-centrica», mentre un'altra molecola portatrice di informazione, essenziale per la vita, è stata relegata alla posizione di Cenerentola dalla divulgazione scientifica. Si tratta dell'Rna. E' quella che unisce la capacità di conservare l'informazione, tipica del Dna, a quella di catalizzare reazioni biochimiche, tipiche delle proteine: oggi, però, sta svelando sorprese ancora più grandi rispetto a quelle che il Dna, da solo, ci ha riservato finora.

La scoperta della struttura del Dna, poco più di 50 anni fa, e di recente il sequenziamento del Genoma umano hanno modificato la ricerca biomedica, ma anche il nostro quotidiano. Espressioni del tipo «è scritto nei suoi geni» sono diventate parte del linguaggio corrente. Il Dna, non c'è dubbio, occupa una posizione centrale nella materia vivente, perché contiene l'informazione genetica di base: possiamo paragonarlo ad una sorta di hard-disk biologico, su cui sono memorizzate le informazioni necessarie per la vita. Ma da chi, e come, vengono gestite?

Per rispondere alla domanda è arrivato il momento che il Dna passi il testimone all'Rna. Oggi, infatti, sappiamo che la vita su questo pianeta è iniziata proprio con l'Rna - si parla di «Teoria del Mondo a Rna» - e che l'Rna, al contrario del Dna, svolge un ruolo attivo in molti processi biologici. Ad esempio è sempre più evidente che può modulare e diversificare l'informazione genetica scritta nel Dna. Come nella favola di Cenerentola, quindi, è facile immaginare che, nell'epoca post-genomica, il futuro riservi un ruolo da vera principessa all'Rna.

Uno dei suoi ruoli più importanti è quello di veicolare l'informazione dal Dna alle proteine, i veri «effettori» dell'informazione e delle operazioni biologiche. Come avviene questo fondamentale passaggio? La genetica lo sta analizzando nel dettaglio soltanto adesso. Si sapeva già che, affinché sia espresso, un gene deve essere sempre trascritto in una molecola di Rna, chiamato Rna messaggero - mRna - il cui compito è quello di trasportare l'informazione dal Dna a particolari macchine molecolari, i ribosomi. Questi, utilizzando un codice specifico, traducono l'informazione dal linguaggio a 4 lettere del Dna e dell'Rna - i nucleotidi - in quello a 20 lettere - gli aminoacidi - delle proteine. In ogni organismo vivente, perciò, lo schema di flusso dell'informazione sarebbe: Dna - mRna - proteina. Ma questo non basta a spiegare numerosi punti oscuri. Bisogna quindi chiarire meglio il ruolo dell'Rna.

Per molto tempo abbiamo ritenuto le molecole di mRNA come semplici e passive trasmettitrici dell'informazione genetica. E invece la ricerca ha progressivamente dimostrato che questa visione è riduttiva. Un esempio è significativo. Uno degli aspetti che più hanno colpito l'opinione pubblica, quando è stata resa nota la sequenza del Genoma umano, è stato il fatto che il numero dei nostri geni non è poi così drammaticamente diverso da quello del moscerino della frutta: circa 25 mila geni nell'uomo e 16 mila nella Drosophila melanogaster. Com'è possibile che una così piccola differenza nel numero dei geni possa giustificare la grande diversità biologica tra un moscerino e un essere umano?

Dall'Rna alla sintesi proteica

La spiegazione si sta chiarendo: le proteine finali non sono il risultato della semplice traduzione di un gene, secondo lo schema precedente, ma anche di uno speciale «bricolage» tra pezzi dello stesso gene, che si combinano tra loro. Ecco perché bastano solo 25 mila geni per produrre le oltre 150 mila proteine delle cellule umane. E questo è più che sufficiente per fare la differenza tra noi e un moscerino.

Ma come avviene questo «bricolage»? Quando a un gene viene chiesto di esprimere una proteina, il primo passaggio consiste nella trascrizione e nella produzione di un «pre-mRna», che contiene porzioni dette «introni» ed «esoni». Nei mammiferi gli esoni contengono l'informazione che verrà tradotta in proteina, mentre gli introni non hanno apparentemente nessuna funzione. O, forse, sarebbe meglio dire che non conosciamo ancora la loro funzione? Di certo, attraverso una complessa reazione - detta «splicing» gli introni vengono rimossi dal pre-mRna per produrre un mRNA maturo. Solo quest'ultimo verrà letto dai ribosomi e l'informazione sarà tradotta in proteina. Quindi, per ogni gene umano lo schema di flusso dell'informazione diventa il seguente: Dna - pre-mRna - mRna - proteina.

Che senso ha per la biologia questa segmentazione dei geni in zone codificanti, gli esoni, e in zone non codificanti, gli introni? In altre parole, che senso ha, per la cellula, produrre le grandi molecole di pre-mRNA, se poi deve scartarne grandi porzioni, con il taglio degli introni? Oggi sappiamo che addirittura il 96% dei geni umani va incontro a una variante dello «splicing», chiamato «splicing alternativo». È grazie a questo meccanismo che combina le porzioni del pre-mRna - una specie di «taglia e cuci» genetico - che è possibile, per esempio, produrre anche tre proteine differenti da un solo gene. E' anche lo splicing alternativo, che avviene nella maggioranza dei nostri geni, ma solo in una frazione di quelli del moscerino, a spiegare come mai bastino i nostri 25 mila geni per sintetizzare le oltre 150 mila proteine. Non è solo il Dna che fa la differenza, quindi, ma soprattutto la serie dei complessi meccanismi che lo regolano!

Si sa anche che lo splicing alternativo è controllato in modo molto specifico, mentre alcune sue forme contribuiscono a controllare l'informazione genica anche in risposta a differenti stimoli ambientali. Una deregolazione di questi eventi, per esempio, è connessa a una serie di patologie, prima di tutto il cancro. Oggi esiste un «network of excellence», finanziato dall'Unione Europea e chiamato Eurasnet, che si occupa di studiare questo processo: del network fanno parte 4 gruppi italiani, 2 dei quali, diretti da me e dal biologo molecolare Glauco Tocchini Valentini, sono attivi nel Cnr. Da oggi al 25 aprile, ad Assisi, il meeting del network farà il punto su queste straordinarie conoscenze.

Chi è Biamonti Genetista
RUOLO: DIRIGE UN TEAM ALL'ISTITUTO DI GENETICA MOLECOLARE DEL CNR DI PAVIA
RICERCHE: «SPLICING ALTERNATIVO» DEL PROTO-ONCOGENE RON,UN RECETTORE CHE TRA L'ALTRO INDUCE LA «MOTILITA' CELLULARE»

Fonte: La stampa