Spliceosoma
Che cos'è lo spliceosoma?
Con il termine "spliceosoma" intendiamo una grande macchina molecolare composta da proteine e segmenti di RNA nucleare.
In particolare si tratta di complessi enzimatici formati perlopiù da 100 (o più) catene proteiche e 5 piccoli pezzi di RNA nucleare.
Struttura e funzioni dello spliceosoma
Nella figura seguente (fig. 1) vediamo rappresentato uno spliceosoma. Esso presenta due porzioni differenti che sono responsabili di due compiti diversi, utili soprattutto nei meccanismi post-trascrizionali. Ricordiamo che la trascrizione è il processo mediante il quale il DNA viene trascritto nell'mRNA.
Fig.1 Rappresentazione al computer di uno spliceosoma.
Il primo compito di questo complesso è quello di rimuovere gli introni dall'RNA messaggero (pre-mRNA). L'mRNA rappresenta una piccola parte dell'RNA cellulare (le restanti parti sono formate da tRNA, cioè l'RNA di trasporto e da rRNA, cioè l'RNA ribosomiale).
In particolare, l'mRNA è importante per la sintesi proteica, infatti esso viene sintetizzato nel nucleo (a partire dal DNA) tramite il processo di trascrizione e sarà poi utilizzato per veicolare le informazioni genetiche verso il citoplasma.
Il secondo compito dello spliceosoma consiste nella reazione di splicing, da cui ne deriva il nome. Con tale termine, derivante dall'inglese e traducibile come "montaggio" intendiamo una modifica del nuovo pre-mRNA, in cui si eliminano gli introni e si riuniscono gli esoni.
Ricordiamo che introni ed esoni corrispondono a sequenze nucleotidiche di DNA, tuttavia occorre eliminare gli introni in quanto inutili dal punto di vista della sintesi proteica.
Infatti, studiando il genoma umano è stato visto che i tratti dei geni responsabili della codifica delle proteine, risultano essere suddivise in sequenze, gli esoni, intervallate da lunghi tratti non codificanti, gli introni. Ne è derivato che il numero di esoni in cui si ritrova l'informazione della proteina è variabile.
La reazione di splicing
Come abbiamo detto in precedenza, il primo compito di questo complesso macchinario consiste nel tagliare la catena di pre-mRNA che è stata trascritta, con l'obiettivo di ridurla ad una più corta. La nuova catena rappresenterà un mRNA, utile per la sintesi delle proteine.
Si tratta di un processo abbastanza preciso e meticoloso, in quanto qualsiasi errore potrà ripercuotersi sulla sintesi delle proteine e quindi nella lettura del messaggio contenente l'informazione genetica.
Nel dettaglio, avvengono due reazioni concatenate di trans esterificazione: si rompono i legami fosfodiesterici presenti sul pre-mRNA e se ne riformano di nuovi. Ovviamente queste reazioni hanno un consumo di energia, infatti si ha l'idrolisi di alcune molecole di ATP.
Abbiamo annunciato come questo macchinario sia formato da cinque RNA, in particolare essi sono: U1, U2, U4, U5 e U6, noti come snRNA (dall'inglese small nuclear ribonuclear, ossia piccoli RNA nucleari), i quali si associano a delle proteine formando complessi noti come snRNP, cioè ribonucleoproteine nucleari, ognuna delle quali avrà una diversa funzione. In particolare, le funzioni più rilevanti nel processo di splicing sono tre:
- Riconoscimento del sito di splicing 5' e del punto di ramificazione
- Avvicinare i siti
- Catalizzare taglio e giunzione dell'RNA
Fig.2 Nella figura due possiamo notare i vari step di questo processo. Si noti come nel primo step, cinque snRPS rimuovono gli introni e lasciano gli esoni. Nello step finale viene evidenziata la formazione del mRNA.
Splicing alternativo e modalità di esecuzione
Dal momento che gli introni possono essere scissi in maniera diversa, si può parlare di splicing alternativo. Questo processo porta alla formazione di proteine diverse a partire da regioni di RNA codificanti (esoni). Si avranno diverse isoforme, a partire da uno stesso gene.
È stato visto che sull'mRNA possibile riconoscere siti di splicing forti e siti di splicing deboli e che proprio questi permettono di produrre proteine diverse a partire dallo stesso mRNA.
Come si evince dalla figura seguente (fig. 3), ad oggi sono note cinque diverse modalità di splicing alternativo:
- Salto dell'esone: è la modalità più comune nel pre-mRNA dei mammiferi
- Esone mutuamente esclusivo: si mantiene solo uno (e non entrambi) degli esoni nel nuovo mRNA maturo
- Sito di taglio alternativo 5': si cambia l'estremità 3' dell'esone a monte, mantenendo il sito di taglio al 5'
- Sito di taglio alternativo 3': al contrario del precedente, si cambia l'estremità 5' dell'esone a valle
- Introne trattenuto: non vengono riconosciuti i siti di taglio dell'introne, pertanto esso non viene eliminato dal trascritto di mRNA.
Diverse modalità di splicing alternativo.
Errori nel meccanismo di splicing
Purtroppo, questo meccanismo non è esente da errori con la conseguenza di alterare la sintesi proteica. Passiamo in rassegna ai più comuni:
- Mutazione di un sito di saldatura: la conseguenza è che si perde la funzione. Può comparire il codone di stop nell'esone (comportando la perdita dello stesso) o l'inclusione dell'introne nell'RNA maturo.
- Mutazione di un sito di saldatura: la seconda conseguenza è la riduzione della specificità, si possono inserire alcuni amminoacidi e non si legge il messaggio.
- Trasposizione sito di saldatura: nel nuovo mRNA ci saranno più basi, pertanto il numero degli esoni potrà variare.
Conseguenze del malfunzionamento
Esiste una correlazione tra malfunzionamento dello spliceosoma e diverse patologie. Ad esempio, uno splicing errato può comportare una forma difettosa di una proteina, Rac1, che presenta un ruolo importante nello sviluppo di alcune tipologie di tumore.
In figura notiamo due isoforme della proteina: la Rac1 è codificata da 6 esoni, mentre la Rac1b presenta un esone in più, responsabile dell'eccessiva proliferazione delle cellule cancerose.
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