RNA antisenso

Una sequenza di DNA è definita senso se la sua sequenza è la stessa del relativo mRNA. La sequenza posta sul filamento opposto è invece detta antisenso. Dal momento che le RNA polimerasi lavorano producendo una copia complementare, il filamento necessario per la trascrizione è l'antisenso. Sia nei procarioti che negli eucarioti vengono prodotte numerose molecole di RNA antisenso a partire dalle sequenze senso. Il dogma centrale della genetica riporta che il DNA contiene l'informazione genetica, le proteine eseguono le funzioni biologiche mentre l'RNA agisce da ponte nella trasmissione dell'informazione genetica. Solo circa il 2% (20 000 geni) del DNA è tradotto in proteine, il restante 98% generato nelle cellule umane è RNA non codificante (ncRNA).L'RNA antisenso rappresenta uno specifico tipo di ncRNA impiegato nella regolazione genetica a vari livelli nella cellula, come durante la trascrizione degli mRNA e la traduzione proteica. Strutturalmente sono piccole diffusibili molecole non codificanti, contenenti dai 19 ai 23 nucleotidi complementari all'mRNA. La regolazione mediata dagli RNA antisenso fu osservata per la prima volta nel 1981 in maniera indipendente sia nei laboratori di Tomizawas che di Nordströms i quali stavano studiando la replicazione di due plasmidi di Escherichia Coli, ripsettivamente ColE1 e R1. Riportando l'esperienza di Tomizawas, esso con il proprio team osservò come la replicazione del plasmide ColE1 dipendesse dalla formazione di un RNA primer il cui precursore era funzionale solo se, durante la propria sintesi, assumeva una specifica struttura. L'interazione di un RNA antisenso col precursore dell' RNA primer inibisce la formazione della specifica struttura dalla quale dipende la funzionalità dell' RNA primer, di conseguenza quest'ultimo risulta non funzionale e dunque, anche la replicazione del plasmide ColE1 risulta inibita. Infatti, nella maggior parte dei casi, gli RNA antisenso svolgono la funzione di inibitori di mRNA . Il genoma dei mammiferi codifica per numerosi RNA antisenso ma la funzione di tali trascritti non è ancora ben chiara. Essi non sono inseribili in un unico gruppo di RNA regolatori ma appartengono a diverse categorie le quali possono condividere alcune caratteristiche. Recenti studi indicano che i trascritti antisenso sono in grado di effettuare una precisa regolazione genetica si a livello trascrizionale che post.

Una sequenza di DNA è definita senso se la sua sequenza è la stessa del relativo mRNA. La sequenza posta sul filamento opposto è invece detta antisenso. Dal momento che le RNA polimerasi lavorano producendo una copia complementare, il filamento necessario per la trascrizione è l'antisenso. Sia nei procarioti che negli eucarioti vengono prodotte numerose molecole di RNA antisenso a partire dalle sequenze senso . Il dogma centrale della genetica riporta che il DNA contiene l'informazione genetica, le proteine eseguono le funzioni biologiche mentre l'RNA agisce da ponte nella trasmissione dell'informazione genetica. Solo circa il 2% (20 000 geni) del DNA è tradotto in proteine, il restante 98% generato nelle cellule umane è RNA non codificante (ncRNA).

L'RNA antisenso (asRNA) rappresenta uno specifico tipo di ncRNA impiegato nella regolazione genetica a vari livelli nella cellula, come durante la trascrizione degli mRNA e la traduzione proteica. Strutturalmente sono molecole diffusibili non codificanti complementari all'mRNA . I trascritti antisenso possono essere classificati in base alla loro lunghezza in "Short" (<200 nucleotidi) e "Long" (>200 nucleotidi) ncRNA. La regolazione mediata dagli RNA antisenso fu osservata per la prima volta nel 1981 in maniera indipendente sia nei laboratori di Tomizawas che di Nordströms i quali stavano studiando la replicazione di due plasmidi di Escherichia Coli, ripsettivamente ColE1 e R1. Riportando l'esperienza di Tomizawas, esso con il proprio team osservò come la replicazione del plasmide ColE1 dipendesse dalla formazione di un RNA primer il cui precursore era funzionale solo se, durante la propria sintesi, assumeva una specifica struttura. L'interazione di un RNA antisenso col precursore dell' RNA primer inibisce la formazione della specifica struttura dalla quale dipende la funzionalità dell' RNA primer, di conseguenza quest'ultimo risulta non funzionale e dunque, anche la replicazione del plasmide ColE1 risulta inibita. Infatti, nella maggior parte dei casi, gli RNA antisenso svolgono la funzione di inibitori di mRNA . Il genoma dei mammiferi codifica per numerosi RNA antisenso ma la funzione di tali trascritti non è ancora ben chiara. Essi non sono inseribili in un unico gruppo di RNA regolatori ma appartengono a diverse categorie le quali possono condividere alcune caratteristiche. Recenti studi indicano che i trascritti antisenso sono in grado di effettuare una precisa regolazione genetica si a livello trascrizionale che post.

Regolazione epigenetica: Interazione RNA antisenso-DNA

L'epigenetica è la branca della genetica che studia i cambiamenti fenotipici indotti da modificazioni chimiche del DNA. Uno dei ruoli attribuiti agli RNA antisenso è proprio la regolazione epigenetica della trascrizione, attraverso metilazioni, modificazioni della cromatina e l'espressione monoallelica, come nel caso dell'Inattivazione del cromosoma X. Il modello porposto di interazione RNA-DNA vede l'RNA antisenso neo-formato capace di interagire, direttamente o indirettamente, con l'enzima DNA-metiltransferasi (DMT) guidando la metilazione del DNA, che porta all'inibizione della trascrizione del RNA di senso. In alternativa l'RNA antisenso può reclutare HMEs (histone-modifying enzymes) modificando la cromatina.

Metilazione del DNA

La metilazione del DNA può indurre una regolazione negativa a lungo termine di uno specifico gene. La repressione dell'attività di specifiche proteine indotta dalla metilazione mediata da RNA antisenso è stata osservata in nuemrose malattie. In caso di alfa-talessemia, una patologia del sangue caratterizzata dalla riduzione dei livelli di emoglobina, il gene HBA1 (hemoglobin alpha1) risulta inibito da un trascritto anomalo derivante dal gene Luc7-like che agisce come RNA antisenso diretto contro HBA1, ne induce la metilazione del promotore e di conseguenza ne blocca la trascrizone

Modificazione degli istoni

Nelle cellule eucariotiche il DNA è impacchettato dagli istoni. Modificazioni dirette sugli istoni possono modificare l'attività degli istoni inducendo possibili cambiamenti nell'espressione genica. Le conseguenze delle metilazioni sugli istoni dipendono dal contesto ma, in generale, inducono repressione genica. Evidenze suggeriscono che la metilazione degli istoni può essere indotta dagli RNA antisenso. Ad esempio, ANRIL, (non-coding RNA antisenso nel locus di INK4) oltre alla capacità d indurre metilazioni nel DNA può indurre la repressione di geni vicini (attività locale) come CDKN2A reclutando il complesso PRC2 (polycomb repressive complex 2) il quale induce metilazione. Un altro clAssico esempio è l'inattivazione del cormosoma X mediata da XIST (X-inactive specific transcript), un ncRNA presente sul cromosoma x che rappresenta uno dei principali effettori dell'inattivazione dell'X.

Classificazione

I trascritti antisenso possono essere classifcati in base a diversi criteri, come ad esempio origine, modalità di azione, lunghezza, stabilità e perfino le specie nelle quali sono espressi. Tali RNA vengono trascritti da promotori indipendenti i quali possono essere sia promotori bidirezionali o criptici (ossia che normalmente non vengono utilizzati come promotori, le strutture che originano da tali promotori di hanno solitamente una funzione sconosciuta). In base al loro orientamento rispetto il gene che li accoglie possono essere ulteriormente classificati come head-to-head, tail-to-tail o interni, quest'ultimi sono quei trascritti coperti interamente dal trascritti di senso. Gli RNA antisenso possono espletare la propria funzione sia localmente che distalmente, sia in cis che in tran. Con regolazione cis si intende qualunque fenomeno regolativo diretto da una sequenza di DNA che influenza l'attività solo ed esclusivamente delle sequenze di DNA fisicamente contigua ad essa. Ad esempio una sequenza cis-agente è l'operatore, il cui legame con vari attivatori o repressori influenza l'attività di uno specifico promotore. La regolazione in trans invece vede un prodotto proteico (di solito) diffusibile che esercita la sua funzione su qualunque sequenza di DNA target da questo riconosciuta. Per esempio gli attivatori e i coattivatori. L'azione in cis dei tali RNA può avvenire sia localmente, come ad esempio interferendo con promotri pecifici, oppure distalmente, andando ad agire sugli enhencer. Anche la regolazione trans può avvenire sia localmente che distalmente, nel primo caso un esempio è il caso di un RNA antisenso in grado di influenzare l'allele dal quale esso ha origine. Nel secondo caso come esempio possiamo riportare un RNA antisenso capace di influenzare altri geni. In base alla lunghezza gli RNA antiseseno sono suddivisi in short (<200) e long (>200) ncRNA mentre in basa alla stabilità sono intuitivamente suddivisi in RNA stabili ed instabili