Concetti Chiave
- I circRNA presentano una struttura ad anello chiuso che conferisce loro stabilità e immunità alle esonucleasi, derivando da circa il 50% dei geni codificanti proteine.
- Il processo di backsplicing, che crea i circRNA, coinvolge l'unione di un sito donatore a valle con un sito accettore a monte, facilitato da proteine RBP.
- Esistono tre tipologie di circRNA: esonici, esonici-intronici e intronici, con diverse funzioni e localizzazioni cellulari.
- I circRNA svolgono ruoli biologici importanti, come sequestro di miRNA, interazione con mRNA, traduzione in peptidi e interazioni con proteine.
- Le alterazioni nella presenza di circRNA possono avere implicazioni patologiche, rendendoli utili come biomarcatori per monitorare processi biologici, inclusi i tumori.
Indice
Struttura e stabilità dei circRNA
I circRNA formano una struttura a anello chiuso. Questa caratteristica li rende particolarmente stabili poiché, non avendo stremità libere, sono immuni alle esonucleasi.
Derivano da circa il 50% dei geni codificanti proteine ed hanno un ruolo fisiologico importante. Il sistema di produzione è lo stesso di quello dell’mRNA, solo che è un RNA soggetto ad un back splicing.
Sono prevalentemente citoplasmatici e specifici, ma espressi a livelli più bassi rispetto agli mRNA lineari.
Possono essere fatti da soli esoni, soli introni o entrambi.
Processo di backsplicing
Il backsplicing è un processo di splicing "al contrario".
- Splicing Canonico: Unisce l'esone 1 all'esone 2, il 2 al 3, e così via, in ordine lineare.
- Backsplicing: Un sito donatore di splicing a valle si lega a un sito accettore di splicing a monte.
Nel processo di “circolarizzazione” durante il backsplicing, le proteine RBP si legano a sequenze specifiche negli introni che fiancheggiano gli esoni da circolarizzare. Una RBP si lega all'introne a monte e un'altra all'introne a valle. Queste due proteine poi interagiscono tra loro (dimerizzano), costringendo il pre-mRNA a piegarsi e formando un anello.
Oltre alle RBP, la struttura stessa dell'RNA può guidare la circolarizzazione: se un introne a monte ha una sequenza e l'introne a valle ne ha una complementare, queste si appaiano (base-pairing) formando un anello.
Le 3 tipologie di circRNA provengono da meccanismi diversi:
1) circRNA Esonici: sono in maggioranza e si trovano principalmente nel citoplasma.
Il meccanismo prevede che le RBP agiscono come "ponti", avvicinando due introni ai lati di un esone, in modo che l’esone tra i due si circolarizzi.
2) circRNA Esonici-Intronici: sono composti sia da esoni che da introni e tendono a rimanere confinati nel nucleo, dove hanno funzione regolatoria. Qui la circolarizzazione è favorita dall’unione di sequenze complementari situate negli introni al fianco degli esoni. Se l'introne tra gli esoni non viene rimosso durante il processo, si ottiene un circRNA esone-introne. Se invece avviene un ulteriore splicing canonico che rimuove l'introne interno, si ottiene un circRNA esonico semplice.
3) circRNA Intronici: questi derivano direttamente dagli introni rimossi durante lo splicing canonico.
Questi si formano perché quando un introne viene rimosso, solitamente forma una struttura a lariat. Normalmente questa struttura viene degradata, ma se sono presenti specifiche sequenze di consenso, può sfuggire alla degradazione.
Ruoli e funzioni dei circRNA
I circRNA hanno diverse funzioni biologiche:
A) Sponge: i circRNA possiedono siti di legame per i miRNA. Sequestrando i miRNA, impediscono a questi ultimi di legarsi ai loro mRNA bersaglio, favorendo così l'espressione di determinati geni.
B) Interazione con l'mRNA: i circRNA possono legarsi direttamente a mRNA per renderlo più stabile ed efficiente.
C) Vengono tradotti: sebbene siano considerati RNA non codificanti, alcuni circRNA possono essere tradotti in peptidi.
D) Interazioni proteiche: i circRNA possono interagire con le proteine in vari modi:
- Protein sponge: sequestrano proteine
- Protein scaffold: Agiscono come impalcatura per mantenere vicine due proteine
- Reclutamento: trasportano proteine verso il DNA per modifiche epigenetiche.
- Enhancer: facilitano la trascrizione legandosi alla RNA polimerasi II.
Uso dei circRNA come biomarcatori
Quindi abbiamo visto che hanno ruoli regolatori nella cellula, per cui un’alterazione della loro presenza potrebbe avere effetti patologici. Infatti sono usati come biomarcatori (parametri per misurare processi biologici) in caso di tumori analizzando eventuali mutazioni su di essi oppure misurandone la loro quantità.
Domande da interrogazione
- Qual è la principale caratteristica strutturale dei circRNA?
- Come avviene il processo di backsplicing nei circRNA?
- Quali sono le tre tipologie di circRNA e come si differenziano?
- Quali sono alcune delle funzioni biologiche dei circRNA?
- In che modo i circRNA possono essere utilizzati come biomarcatori?
I circRNA formano una struttura a anello chiuso, che li rende particolarmente stabili poiché non hanno stremità libere e sono immuni alle esonucleasi.
Il backsplicing è un processo di splicing "al contrario" in cui un sito donatore di splicing a valle si lega a un sito accettore di splicing a monte, formando un anello attraverso l'interazione di proteine RBP e sequenze complementari negli introni.
Le tre tipologie di circRNA sono: circRNA esonici, che si trovano principalmente nel citoplasma; circRNA esonici-intronici, che rimangono nel nucleo e hanno funzione regolatoria; e circRNA intronici, che derivano direttamente dagli introni rimossi durante lo splicing canonico.
I circRNA hanno diverse funzioni, tra cui agire come sponge per i miRNA, interagire con l'mRNA per aumentarne la stabilità, essere tradotti in peptidi e interagire con le proteine in vari modi, come sequestrare proteine o facilitare la trascrizione.
I circRNA possono essere utilizzati come biomarcatori per misurare processi biologici, poiché un'alterazione della loro presenza può avere effetti patologici, come nel caso di tumori, dove si analizzano mutazioni o quantità di circRNA.
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