DNA non codificante ncdna

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1 DNA non codificante ncdna Teorie sul ruolo genetico RNAi e mirna Liberamente tratto dalla tesina del Dr. Emiliano Mancini

2 ncdna Per ncdna si intende il DNA intronico, intergenico e altre zone non codificanti del genoma. ncdna è caratteristico degli eucarioti: Sequenze codificanti 1.5% del genoma umano Introni in media 95-97% del gene codificante Almeno un terzo del genoma umano viene trascritto L evoluzione successiva dello spliceosoma ha facilitato la diffusione degli introni negli eucarioti più complessi. Nei procarioti si ha una piccolissima parte di ncdna perché i processi di trascrizione e traduzione sono quasi simultanei ncdna nei procarioti è meno dell 1%

3 Attività genetica: tradizionalmente si riteneva... Procarioti Eucarioti

4 ncdna Ipotesi sul ruolo del ncdna: facilita il processo di riassortimento è presente per motivi strutturali è una traccia dell assemblamento casuale prebiotico Il ncdna dopo l escissione viene semplicemente degradato e riciclato Alcune regioni del genoma codificano per l rrna e il trna necessari alla sintesi proteica I genomi sequenziati di batteri e archeobatteri sono costituiti principalmente da sequenze codificanti affiancate da regioni di controllo dell espressione..

5 ...attualmente si ritiene Eucarioti RNA intronici ed esonici interagendo con altre molecole possono dirigersi selettivamente verso bersagli posti su altre molecole di DNA ed RNA Sono state identificate migliaia di sequenze di RNA che vengono trascritte e non tradotte in proteine. Inutile spreco energetico?

6 RNAi Il meccanismo dell RNA interference, scoperto nel 1998 da studi sul C.Elegans 1, segue la scoperta delle capacità di gene silencing dell RNA antisenso: una molecola artificiale di RNA (single strand) che si lega all mrna e ne impedisce la traduzione in proteina. RNAi è in grado di combattere infezioni di RNA virus per cui si pensa che si sia evoluto per proteggere le cellule eucariotiche contro forme invasive di acidi nucleici Caratteristiche importanti dell RNAi: RNAi si diffonde nell individuo e può essere trasmesso alla progenie Solo poche molecole di dsrna (double-strand) sono sufficienti ad innescare il meccanismo di RNAi presenza di componenti catalitiche di amplificazione RNAi agisce a livello post-trascrizionale poiché dsrna corrispondenti a sequenze introniche non attivano l RNAi RNAi è altamente specifico: l iniezione di dsrna omologo a sequenze esoniche specifiche di un gene eliminano o riducono solo l mrna corrispondete a quel gene particolare. 1 Caenorhabditis elegans è un verme lungo circa 1 mm, che vive nel suolo, in regioni temperate.

7 Micro-RNA mirna sono una classe di piccoli RNA non codificanti che si trovano nei genomi degli eucarioti. Nel genoma si trovano negli introni o in regioni non codificanti come singoli geni o in cluster di vari mirna diversi entro il raggio di alcune kilobasi mirna sembrano coinvolti nella regolazione dei geni attraverso vari meccanismi simili all RNA antisenso e all irna che portano al blocco della traduzione o alla degradazione del mrna. mirna trovati negli invertebrati si trovano anche nei vertebrati ma non viceversa.

8 Micro-RNA mirna vengono trascritti dal DNA come lunghi precursori primari (pri-mirna), nel caso di ammassi di mirna come polycistronic RNA con una distinta struttura secondaria contenente diversi stem.loops imperfetti La maturazione dei mirna richiede almeno altri due passi di processazione: La ribonucleasi III Drosha taglia gli stem-loops dal pri-mirna dando luogo a mirna precursori (pre-mirna o strna) lunghi circa nucleotidi Nel citoplasma il Dicer un endonucleasi di tipo III escinde il mirna maturo (circa 22 nucleotidi) dal strna

9 RNAi 4 stadi: 1. Dicer taglia il dsrna in frammenti a doppia elica lunghi nucleotidi (sirna) 2. Gli sirna vengono incorporati in un complesso detto RISC (RNA-induced silencing complex) 3. Attivazione del RISC mediante la separazione delle due catene 4. Degradazione di mrna complementare allo strand di guida del sirna presente nel RISC 5. Si ha un ulteriore step che varia a seconda degli organismi. Questi sirna secondari vengono generati durante un amplificazione ciclica nella quale l RdRp (RNA-dependent RNA polimerase) viene direzionata sul mrna bersaglio dai sirna esistenti

10 RNAi 4 stadi: 1. Dicer taglia il dsrna in frammenti a doppia elica lunghi nucleotidi (sirna) 2. Gli sirna vengono incorporati in un complesso detto RISC (RNA-induced silencing complex) 3. Attivazione del RISC mediante la separazione delle due catene 4. Degradazione di mrna complementare allo strand di guida del sirna presente nel RISC 5. Si ha un ulteriore step che varia a seconda degli organismi. Questi sirna secondari vengono generati durante un amplificazione ciclica nella quale l RdRp (RNA-dependent RNA polimerase) viene direzionata sul mrna bersaglio dai sirna esistenti

11 Conseguenze nuova genetica Malattie come l epilessia e l autismo potrebbero essere legate ad errori nelle zone di ncdna Capire come funzionano i mirna potrebbe dare indicazioni importanti sul meccanismo di differenziazione cellulare Zofia Szweykowska-Kuliñska, Artur Jarmowski and Marek Figlerowicz, RNA interference and its role in the regulation of eucaryotic gene expression, Acta Biochimica Polonica, Vol. 50 No. 1/2003, p Andrea Tanzer. Jorg Lehmann, Peter F. Stadler, STATISTICAL EVIDENCE FOR SPECIFIC EXPANSION OF THE mirna REPERTOIRE IN VERTEBRATES John S.Mattick, RNA regulation: a new genetics?, NATURE REVIEWS GENETICS, VOLUME 5 APRIL 2004,p