La mutazione genetica è un rischio importante per le cellule viventi. Danni diretti al DNA o errori nei processi che generano RNA messaggero (mRNA) dal modello di DNA possono introdurre mutazioni, con conseguenze potenzialmente dannose. Le mutazioni ‘nonsense’ sono particolarmente problematiche: sono associate a molte malattie ereditarie geneticamente, come la malattia del sangue β-talassemia, e sono comuni nel cancro (Bhuvanagiri et al., 2010)., Per ridurre l’impatto di queste mutazioni, le cellule eucariotiche hanno sviluppato metodi noti come decadimento mediato da nonsense (o NMD in breve) per distruggere le molecole di mRNA mutanti. Ora, in eLife, Ligang Wu e collaboratori presso gli Istituti di Shanghai per le scienze biologiche-tra cui Ya Zhao come primo autore-riportano un nuovo meccanismo di decadimento mediato da sciocchezze che è guidato da microRNA, un’importante famiglia di molecole regolatrici (Zhao et al., 2014).,
L’espressione genica comporta la trascrizione, in cui l’mRNA viene copiato da un modello di DNA, seguito dalla traduzione, in cui una macchina molecolare chiamata ribosoma interpreta la sequenza di un mRNA per rendere la proteina che codifica. I segnali all’interno dell’mRNA chiamati stop codons indicano al ribosoma quando smettere di tradurre l’mRNA (Figura 1A). Le mutazioni nonsense introducono un codone di arresto “a monte” del segnale corretto in modo che la traduzione venga interrotta precocemente e venga prodotta una proteina troncata., I troncamenti possono interferire con la normale funzione proteica in vari modi: se una regione regolatrice viene persa, la proteina può essere iperattiva; le proteine non funzionali accorciate possono anche spostare le versioni funzionali della stessa proteina da complessi multi-proteici.
Diagramma schematico che mostra il complesso di giunzione esonica (EJC) e meccanismi di decadimento mediato da microRNA (NMD).,
(A) In una normale molecola di mRNA (rettangolo blu e viola), il ribosoma (ovali marroni) esegue la scansione lungo la regione codificante (viola) e traduce una proteina (linea marrone); questo processo si interrompe quando il ribosoma incontra un codone di stop (segnale di stop). L’mRNA dopo il codone stop è chiamato 3 ‘regione non tradotta (3’ UTR, blu) e non codifica una proteina. (B) Nel decadimento mediato da EJC-nonsense, se una mutazione nonsense si trova più di 50 nucleotidi a monte di un complesso di giunzione esonica (EJC; cerchi verdi), questo è riconosciuto come aberrante e l’mRNA è degradato. C) Zhao et al., hanno scoperto un nuovo metodo di decadimento nonsense-mediata che dipende dalle azioni regolatorie di molecole microRNA. La regione codificante a valle di una mutazione nonsense si comporta come 3 ‘ UTR. Se un sito di legame microRNA è presente in questa regione, il microRNA si lega ad esso, che inibisce la traduzione e porta alla degradazione della molecola di mRNA.,
Il metodo migliore di decadimento mediato da nonsense si basa su un processo noto come splicing, che rimuove i segmenti di un mRNA mentre è in costruzione e incolla le parti rimanenti-chiamate esoni—insieme per rendere l’mRNA maturo. Dove due esoni sono uniti, le proteine depositi cellulari che formano un complesso di giunzione esone (EJC) sulla molecola di mRNA. Quando questo mRNA maturo viene tradotto, il ribosoma misura la distanza tra l’EJC e il codone di stop., Se un EJC viene trovato più di 50 nucleotidi dopo (o “a valle” di) un codone di arresto, la cellula lo riconosce come aberrante e distrugge l’mRNA (Popp e Maquat, 2013; Figura 1B).
La regione dell’mRNA a valle del codone stop è nota come regione 3′ non tradotta (3 ‘ UTR). Sebbene questa regione non codifichi alcuna proteina, è importante per regolare l’attività della molecola di mRNA. I microRNA sono brevi molecole di RNA non codificanti (cioè non codificano per proteine) che si legano ai siti 3’UTR in modo specifico per la sequenza., Il legame dei microRNA può inibire la traduzione e incoraggiare la degradazione di una molecola di mRNA ed è molto importante per controllare come e quando i geni sono espressi negli eucarioti (Fabian e Sonenberg, 2012).
Zhao et al. motivato che se un mRNA contiene una mutazione senza senso, la regione codificante a valle della mutazione sarà essenzialmente convertita in un 3 ‘ UTR (Zhao et al., 2014). Questo esteso 3 ‘ UTR potrebbe contenere siti di legame per i microRNA, che si legano e regolano la molecola di RNA messaggero. Zhao et al., utilizzato una serie di esperimenti eleganti per confermare questa ipotesi, e, in tal modo, identificato un nuovo metodo di decadimento nonsense-mediata che è diretto da microRNA (Figura 1C). In primo luogo, Zhao et al. inserito un sito di legame microRNA nella regione codificante di un mRNA. Ciò non ha avuto alcun effetto sull’mRNA, confermando l’opinione prevalente secondo cui la regolazione dei microRNA non si verifica in modo efficiente nelle regioni codificanti (Gu et al., 2009). Tuttavia, quando Zhao et al. introdotto un codone senza senso in modo che il sito microRNA era ora situato nel 3 ‘ UTR, microRNA potrebbe legarsi ad esso, che ha indotto il decadimento mRNA (Zhao et al., 2014).,
Zhao et al. ha continuato a dimostrare che i MICRORNA influenzano anche il decadimento mediato da sciocchezze negli MRNA presenti in natura. Si sono concentrati sull’APC, un gene soppressore del tumore che spesso contiene mutazioni senza senso nei tumori del cancro del colon-retto. Il gene APC è stata una scelta particolarmente buona per questo studio in quanto la maggior parte delle sue mutazioni nonsense si verificano in un hotspot all’interno dell’ultimo esone, in modo che non siano riconosciute dal metodo complesso di giunzione esonica del decadimento mediato da nonsense (Miyoshi et al., 1992). Tuttavia, Zhao et al., ha scoperto che le mutazioni senza senso in questa regione espongono i siti di legame dei microRNA all’interno del 3 ‘ UTR appena formato, che porta al decadimento dell’mRNA copiato dal gene APC. Infine, Zhao et al. geni reporter usati basati sul gene soppressore del tumore associato al cancro al seno BRCA1, che è sensibile alla forma EJC del decadimento mediato dal nonsense, per dimostrare che il complesso di giunzione esonica e i meccanismi microRNA del decadimento mediato dal nonsense possono entrambi lavorare sullo stesso mRNA (Zhao et al., 2014).
I risultati di Zhao et al., rivela una nuova funzione intrigante per i microRNA e un nuovo meccanismo di decadimento mediato da sciocchezze. Essi sollevano anche diverse questioni importanti. Qual è il contributo relativo del decadimento nonsense mediato da EJC e microRNA nelle cellule? In contrasto con il decadimento mediato da nonsense EJC, la regolazione dei microRNA tende ad essere abbastanza debole (Leung e Sharp, 2010). Tuttavia, più siti microRNA funzionano in modo cooperativo, quindi il livello di decadimento mediato da nonsense microRNA è probabile che sia fortemente influenzato dal numero e dall’identità dei siti microRNA rivelati da una mutazione nonsense., Inoltre, l’espressione dei microRNA è altamente regolata durante lo sviluppo e in alcuni tessuti, così come nei tumori, suggerendo che anche il decadimento mediato da microRNA mediato da nonsense è probabilmente strettamente regolato.
Sono stati scoperti anche altri metodi di decadimento mediato da nonsense indipendenti da EJC (Metze et al., 2013), quindi come interagisce il metodo microRNA con questi meccanismi alternativi? Regolando le proteine coinvolte nel decadimento mediato dal nonsense complesso della giunzione esonica, i microRNA possono influenzare il modo in cui il decadimento procede (Bruno et al., 2011)., Inoltre, un nuovo studio ha dimostrato che il legame dei microRNA può creare un bersaglio adatto per il decadimento mediato da nonsense EJC modificando il modo in cui il ribosoma legge una specifica molecola di mRNA (CCR5, che codifica una proteina utilizzata da molte forme di HIV per invadere le cellule; Belew et al., 2014). Nel complesso, sembra che la complessità di come la cellula si occupa di mutazioni senza senso e di come i microRNA sono coinvolti stia solo iniziando a essere rivelata.