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               Traduzione del 28 giugno 2021

Giunzioni del mRNA

Giunzione pre-mRNA

• Struttura del gene DNA 
  • Esoni
    • Gli esoni interni hanno in media una lunghezza di 145 nucleotidi 
    • Contengono anche elementi regolatori 
      • Necessaria per una efficiente giunzione di esoni costitutivi e alternativi
      • Diversi corredi di elementi regolatori e ausiliari usati da diversi geni
      • Tipi
        • ESE: Incrementatori di giunzioni esoniche
        • ESS: Silenziatori di giunzioni esoniche
  • Introni
    • Lunghi in media più di 10 volte degli esoni
    • Contengono anche elementi regolatori 
      • Modulano l'uso specifico per le cellule degli esoni alternativi
      • Agisce da legante per i complessi regolatori multicomponenti
      • Tipi
        • ISEs: Incrementatori di giunzioni introniche
        • ISSs: Silenziatori di giunzioni introniche
  • Giunzione siti
    • Localizzazione: At Introne/esone borders
    • Tipi
      • Sito di giunzione 5'
        • Sequenza: AGguragu
        • U1 snRNP: Si lega al sito di giunzione 5'
      • Sito di giunzione 3'
        • Sequenza: yyyyyyy nagG (y= pirimidina)
      • Sito di ramificazione
        • Sequenza: ynyuray (r = purine)
        • U2 snRNP: Si lega al sito di ramificazione via RNA: Interazioni RNA fra snRNA e pre-mRNA
    • Struttura: Breve; Contengono sequenze tipiche "degenerate"
• Funzioni generali della giunzione pre-mRNA 
  • Rimozione degli introni
  • Giunzioni alternative
    • Definizione: Unione di differenti siti di giunzione da 5' e 3'
    • Caratteristiche generali
      • ~80% di giunzioni alternative comporta cambiamenti nella proteina codificata
      • Fino al 59% dei geni umani esprime più di un mRNA mediante giunzioni alternative
    • Effetti funzionali: Genera forme diverse di mRNA dal un singolo gene
    • Consente di esprimere isoforme proteiche funzionalmente diverse in base a diversi programmi regolativi
    • Effetti strutturali: Inserire o rimuovere aminoacidi; Spostamenti nella sequenza di lettura; Introdurre il codone di terminazione
    • Effetti dell'espressione genica: Rimuove o inserisce elementi regolatori controllanti la traslazione, la stabilità o la localizzazione del mRNA
    • Regolazione
      • Specifica per la cellula
      • Percorsi di giunzione modulati in base a: Tipo di cellula; Fase di sviluppo; Genere; Stimoli esterni

Spliceosomi ¹

Spliceosoma: generale Posizione: Nucleo Funzione Processare il pre-mRNA congiungente gli acidi nucleici intronici Produrre lo mRNA che viene poi tradotto in proteine nei ribosomi Meccanismi di azione Riconoscimento dei confini introne/esone Tramite le sequenze di splice e molteplici altri segnali deboli Catalisi delle reazioni taglia e incolla che rimuovono gli introni e uniscono gli esoni Contenuto Cinque piccoli RNA nucleari (snRNA o U(ricchi di uridina)-RNA) Ogni snRNA è associato a specifico fattori Il complesso forma una piccola particella di ribonucleoproteina nucleare (snRNP) Proteine: > 100 Componenti delle snRNP   Omonimo allo snRNA (Per es. U1 snRNP ha U1 snRNA) Agli snRNP RNA: U1 ; U2 ; U4; U5; U6 Differisce dagli mRNA nella struttura del cappuccio: 2,2,7-trimetil guanosina Proteine nucleari "Smith" (SM) comune a tutti gli snRNP B e B' , D1 , D2 , D3 , E , F, G Legano la sequenza AU4-6G Legano prima allo snRNA  Obiettivi degli autoanticorpi (anti-Sm) nel lupus sistemico   Principali obiettivi: Proteine Sm-B/B' e D Gli anticorpi precipitano le particelle U1, U2, U4/U6 e U5  Proteine specifiche degli snRNP U1: 70k , A , C Bersaglio selettivo degli autoanticorpi (anti-nRNP) Nella malattia del tessuto connettivo misto Bersaglio proteico di solito U1-70k o U1A U2: A' , B'' Bersaglio degli autoanticorpi nello scleroderma U5: 25K, 1BP Specifica del cervello: SNRNP-N Altro SMN: Carente nella atrofia muscolare spinale SIP1 (Gemina 2): Interagisce con SMN GEMINA5 Ruoli funzionali per ogni snRNP U1 Lega inizialmente al sito di giunzione 5' Rilasciata al reclutamento di U4/U5/U6 ? Determina quale sito di giunzione 5' viene utilizzato U2 Inizialmente si lega alla sequenza di riconoscimento del punto di ramificazione Forma due doppiette con U6 Porta l'introne al sito di giunzione 5' precisamente al punto di ramificazione U4 Inizialmente complessata con U5 e U6 Mantiene U6 in una conformazione non ripiegata  Rilasciata dopo aver consegnato U6 al sito di giunzione 5' ? chaperone di U6 U5 Inizialmente complessata con U4 e U6 Si lega alle sequenze dell'esone Posizione A monte del sito di giunzione 5' A valle del sito di giunzione 3' ? Guida la sequenza per tenere insieme gli esoni U6 Inizialmente complessata con U4 e U5 Distacca U1 dal sito di giunzione 5' Forme doppietta con le sequenze dell'introne Complessa con U2 Porta l'introne al sito di giunzione 5' precisamente al punto di ramificazione ? Attività catalitica Spliceosomi: Illustrazioni Sintesi Meccanismo

Giunzione Pre-mRNA U1 Si lega al sito di giunzione 5' U2 Si lega alls sequenza di riconoscimento  del punto di ramificazione Il complesso U4-U5-U6 Si lega al sito di giunzione 5'   U1 viene spostato U6 si lega a U2 al sito di giunzione 5' vicino punto di ramificazione   U5 Si lega alle sequenze dell'esone L'introne viene rimosso

Giunzione pre-mRNA: Disturbi umani ²

• Tipi di distruzioni dell'elemento di giunzione
  • Elemento cis
    • Colpisce l'espressione di un singolo gene
    • Può colpire l'uso di siti di giunzione costitutivi o alternativi
    • Distrugge le giunzioni costruttive : Più frequentemente produce la perdita di espressione del gene dovuta a giunzione aberrante
    • Inattivazione o attivazione dell'uso dei siti di giunzione alternativi 
      • Può forzare l'espressione di un modello di giunzione alternativo: Viene espresso lo mRNA naturale
      • Ma l'espressione in un tessuto o stadio di sviluppo inappropriati potrebbe produrre una malattia
  • Effetto trans  
    • Altera più geni
    • Tipi di distruzione  
      • Disturbi del meccanismo basale della giunzione
      • Disturbi della regolazione della giunzione
• Tipi di mRNA prodotti
  • Espressione di mRNA innaturali: La giunzione aberrante crea modelli di giunzione innaturali
  • L'inappropriata espressione di mRNA naturali: Distrugge l'uso dei siti di giunzione alternativi

• Effetti cis : Mutazioni che distruggono l'uso dei siti di giunzione alternativi
  • Carenza famigliare isolata dell'ormone della crescita di tipo II: Bassa statura  
    • La mutazioni causa un aumento delle giunzioni alternative dell'esone 3
    • Meccanismo: Distruzione di uno dei tre elementi di giunzione, ISE, ESE, o del sito di giunzione 5'  
  • Sindrome di Frasier: Le mutazioni inattivano il sito di giunzione 5', producendo una deriva delle isoforme
  • Demenza frontotemporale e parkinsonismo collegati al cromosoma 17 (FTDP-17)
    • Meccanismo: La maggior parte delle mutazioni altera gli elementi regolatori; Causando la malattia da aumentando l'inclusione dell'esone 10 del gene MAPT
  • Fibrosi cistica atipica  
    • I polimorfismi nell'introne 8 colpiscono la giunzione dell'esone 9: Manifestazioni variabili della malattia
• Effetti trans: Mutazioni che colpiscono il meccanismo basale della giunzione  
  • Retinite pigmentosa
    • Sindromi RP dominanti: PRPF31; HPRP3; PRPC8
    • Geni coinvolti nella funzione di U4/U6 · U5 tri-snRNP
  • Atrofia muscolare spinale
    • Il gene SMN2 non compensa completamente la perdita della funzione SMN1  
      • Una sostituzione di un nucleotide distrugge un ESE nell'esone 7: Causando lo spostamento dell'esone 7 nella maggior parte degli mRNA SMN2
    • SMN1 è un assemblatore dei complessi SnRNP  
      • U1, U2, U4, e U5 snRNP
      • SMN è necessario per l'assemblaggio citoplasmatico degli snRNP
• Effetti trans: Mutazioni che colpiscono i regolatori delle giunzioni alternative 
  • Distrofia miotonica: DM1; DM2
    • Gli RNA con lunghe tracce di  ripetizioni CUG o CCUG sono trascritti dagli alleli espansi  DMPK e ZNF9
    • Gli RNA contenenti ripetizioni si accumulano in focolai nucleari discreti
    • Le ripetizioni RNA espanse: Distruggono la funzione delle proteine leganti agli RNA  
      • CUG-BP: Possono essere associate con la distruzione del processamento RNA dei cTNT, IR e ClC-1
      • Legami muscolari: Associati con focolaii nucleari
    • I 5 pre-mRNA sottostanno ad uno splicing regolato aberrantemente nel DM1: Commutandoli ad un modello embrionico  
      • Troponina cardiaca T (cTNT): ? Correlata alla malattia cardiaca
      • Recettore dell'insulina (IR): Isoforma a basso livello di segnalazione; Correlato con la resistenza all'insulina nella DM
      • Canale del cloro specifico muscolare (ClC-1): Perdita della funzione; Probabilmente correlata alla miotonia nella DM
      • Tau
      • Correlati alla miotubularina 1
  • Neoplasie
• Disturbi delle proteine RNP  
  • HNRNPA2B1: Miopatia + Paget ± malattie dei motoneuroni o disturbi cognitivi
  • HNRNPA1: IBMPFD3
  • HNRNPDL: LGMD 1G
• Altri disturbi dell'elaborazione dell'RNA  
  • Primari
    • TDP 43: SLA
    • FUS: SLA
  • Secondari
    • MBNL, Soprattutto 1 e 2: Distrofia miotonica 1
    • CUGBP1: Distrofia miotonica 1

Acronimi e sigle; Mitolario in italiano; Mitolario italiano - inglese; Inglese - italiano

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