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RNA

RNA in Primo Piano nelle Cellule
Curatore scientifico
Dr.ssa Gloria Negri
Specialità del contenuto
Genetica Medicina generale

Cosa significa RNA

L’acronimo RNA sta per Ribonucleic Acid, cioè acido ribonucleico. Gli acidi nucleici, RNA e DNA, insieme alle proteine, sono le macromolecole su cui si basa la vita come la conosciamo, in qualsiasi forma, dai microrganismi alle piante e agli animali.

Gli acidi nucleici sono costituiti da monomeri, detti nucleotidi, ognuno a sua volta costituito da:
  • una molecola di zucchero a 5 atomi di carbonio (il ribosio nel caso dell’RNA ed il desossiribosio nel caso del DNA)
  • una base azotata (adenina, guanina, citosina, timina o uracile)
  • un gruppo fosfato
Il nucleotide costituisce il monomero di base della struttura degli acidi nucleici che, ripetendosi, formano il polimero (polinucleotide).
 
Gli atomi di carbonio dello zucchero, che nel caso dell’RNA è il ribosio, sono numerati da 1’ (si legge 1 primo) a 5’ e:
  • sull’atomo di carbonio 1’ si lega una delle basi azotate, con un legame N-glicosidico
  • sull’atomo di carbonio 3’ di una molecola di ribosio e sul carbonio 5’ del ribosio successivo si lega il gruppo fosfato, con un legame fosfodiesterico
Il filamento polinucleotidico presenta quindi due estremità ed una polarità (o verso):
  • 5’, la testa del filamento (filamento +)
  • 3’, la coda del filamento (filamento -)

RNA: a cosa serve

In diversi virus, l’RNA prende il posto del DNA e ne costituisce il materiale genetico, ovvero il suo genoma, cioè è quella molecola che contiene le informazioni genetiche.

Lo stesso non accade negli organismi come i batteri, i funghi, le piante e gli animali. In questi, infatti, la funzione dell’RNA dipende dalla sua forma:
  • l’mRNA (RNA messaggero) trasmette le informazioni genetiche presenti nel DNA fino ai ribosomi, le strutture deputate alla sintesi delle proteine. La sua sequenza viene letta nel ribosoma per sintetizzare le proteine, in un processo chiamato traduzione. Ogni 3 nucleotidi dell’mRNA costituiscono un codone, cioè l’unità di lettura del ribosoma, e contiene le istruzioni (codifica) per un singolo amminoacido
  •  il tRNA (RNA transfer) contiene le istruzioni per le informazioni genetiche. Esso agisce come una sorta di traduttore: traduce i nucleotidi dell’mRNA, letti in codoni, in aminoacidi
  •  l’rRNA (RNA ribosomiale) è il principale costituente dei ribosomi ed ha un ruolo strutturale
  • gli snRNA (small nucleolar RNA) partecipano alla maturazione dell’mRNA nel nucleo delle cellule eucariote. L’RNA messaggero, infatti, viene sintetizzato come precursore immaturo, il pre-mRNA, e deve subire un processo di maturazione prima di uscire dal nucleo della cellula
  •  i miRNA (micro RNA) sono molecole di piccole dimensioni (circa 20-22 nucleotidi) che regolano l’espressione genica bloccando la trascrizione o accelerando la degradazione di molecole di mRNA con cui hanno complementarietà
Esistono poi altri tipi di RNA, con altre funzioni, e tra queste vi è la funzione enzimatica. Gli RNA con funzione catalitica sono detti ribozimi. Il ribosoma è l’esempio più noto di ribozima, ma in natura esistono moltissimi ribozimi diversi. Le diverse molecole di RNA hanno dimensioni e, di conseguenza, peso molecolare differente.

DNA e RNA: le differenze

DNA e RNA sono acidi nucleici, ma la loro struttura chimica è differente per alcuni aspetti:
  • lo zucchero del DNA è il desossiribosio, mentre lo zucchero dell’RNA è il ribosio (da cui deriva il nome). Il ribosio ha un gruppo ossidrile (gruppo OH) in posizione 2’, che lo rende meno stabile del desossiribosio
  • le basi azotate del DNA sono l’adenina, la guanina, la citosina e la timina, mentre l’RNA possiede l’uracile (forma non metilata della timina) al posto della timina
  • le basi azotate dell’RNA possono subire un numero maggiore di modifiche chimiche rispetto a quelle del DNA
  • il DNA è a doppio filamento (noto come “doppia elica”, perché si avvolge su se stesso), mentre l’RNA è a singolo filamento. Tuttavia, il singolo filamento di RNA può ripiegarsi su sè medesimo in alcuni punti e formare delle strutture secondarie. Il ripiegamento avviene grazie alla complementarietà tra le basi azotate (adenina con uracile e guanina con citosina), le quali stabiliscono tra loro dei legami idrogeno
  • il DNA ha una lunghezza molto maggiore rispetto all’RNA

Come viene sintetizzato l’RNA

L’mRNA è sintetizzato da un enzima denominato RNA polimerasi, di cui esistono diverse forme. Il ruolo dell’RNA polimerasi è quello di copiare l’informazione contenuta nel DNA nell’RNA, nel processo chiamato trascrizione partendo da degli inneschi ad RNA prodotti dall’enzima primari.

Nei procarioti, esiste un solo tipo di RNA polimerasi, mentre negli eucarioti ve ne sono più tipi e quelli principali sono 3:
  •  RNA polimerasi I, che trascrive la maggior parte degli RNA ribosomiali
  •  RNA polimerasi II, che trascrive l’RNA messaggero, gli snRNA ed i miRNA
  •  RNA polimerasi III, che trascrive l’RNA transfer e altri RNA non codificanti
La trascrizione ha inizio quando l’enzima RNA-polimerasi si lega ad una specifica sequenza del DNA, chiamata promotore, che si trova a monte di un gene e si sposta poi sul filamento stampo di DNA sintetizzando la nuova molecola di RNA. L’RNA polimerasi si muove lungo la direzione 3’ -> 5’ del DNA. Il DNA, infatti, ha 2 filamenti complementari e antiparalleli, che presentano una polarità come l’RNA. L’allungamento dell’RNA durante la trascrizione avviene in direzione 5’ -> 3’.
 
La trascrizione procede finché non vengono raggiunti opportuni segnali per la cessazione della sintesi dell’RNA. In alcuni virus, poiché il materiale genetico può essere costituito dall’RNA, anziché dal DNA, esistono delle particolari RNA polimerasi, chiamate RNA polimerasi RNA-dipendenti. Questi enzimi usano l’RNA come stampo per produrre nuove molecole di RNA.

Quali patologie colpiscono l'RNA

Le alterazioni dell'RNA sia strutturali sia funzionali sia dell’espressione dell’RNA stesso possono, come per qualsiasi altra macromolecola, determinare lo sviluppo di alcune condizioni patologiche. 

Grande interesse è posto sulla comprensione dei meccanismi patogenetici di alcune malattie come:
  • malattie endocrine
  • malattie neurodegenerative
  • malattie cardiovascolari
  • malattie infettive e infiammatorie
  • cancro
Diversi studi hanno dimostrato il ruolo delle alterazioni agli RNA nello sviluppo di malattie. Le alterazioni possono riguardare:
  • il processo maturativo dell’mRNA, che può produrre dei sottoprodotti o dei prodotti modificati che causano patologie
  • la regolazione dell’espressione degli mRNA per interferenze da parte dei miRNA
  • l’azione dei lunghi RNA non codificanti, un tipo di RNA lungo circa 200 nucleotidi, che non viene tradotto in proteina e ha la funzione di azionare risposte cellulari interagendo con altri RNA, proteine e lipidi nella cellula
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