Biologia cellulare - Splicing

Splicing: esoni e introni

L'mRNA maturo è formato dai soli esoni. In biologia molecolare e in genetica, lo splicing (dall'inglese: montaggio) è una modifica del nascente pre-mRNA che avviene insieme o dopo la trascrizione, nella quale gli introni sono rimossi e gli esoni vengono uniti. Questo è necessario per il tipico RNA messaggero prima che possa essere usato per produrre una corretta proteina tramite la traduzione o sintesi proteica.

La maggior parte dei geni eucariotici sono costituiti da regioni codificanti (esoni) alternate a regioni non codificanti (introni). Questi ultimi devono necessariamente essere rimossi dal trascritto primario per consentire la corretta traduzione e sintetizzare la proteina corrispondente. Alcuni introni sono presenti anche nei geni degli archeobatteri, mentre sono assenti in quelli degli eubatteri. Dopo la trascrizione da parte della RNA polimerasi, il trascritto primario va incontro a numerose modificazioni, prima fra tutte l’eliminazione degli introni, denominata splicing.

Il processo di splicing

Il termine splicing (in italiano letteralmente "giunzione") indica uno dei processi, insieme al capping e alla poliadenilazione, di maturazione del trascritto primario dei geni discontinui. Il macchinario della sintesi proteica cellulare è in grado di tradurre solo gli RNA messaggeri che contengono segmenti continui di codoni (triplette di nucleotidi che codificano per un amminoacido), non ha modo di identificare ed evitare un blocco di sequenze non codificanti. Quindi, i trascritti primari dei geni devono avere i loro introni rimossi prima che avvenga la traduzione in proteine. È proprio attraverso lo splicing dell'RNA che gli introni vengono rimossi dal pre-mRNA. Questo processo converte il pre-mRNA in un messaggero maturo e deve essere molto preciso per evitare la perdita o l'aggiunta di un singolo nucleotide nei punti in cui gli esoni vengono uniti.

Il macchinario dello splicing: lo spliceosoma

Chimicamente, lo splicing avviene per due successive reazioni di transesterificazione, grazie alle quali legami fosfodiesterici sul pre-mRNA vengono rotti e altri nuovi formati. Queste reazioni sono mediate da un meccanismo molecolare che coinvolge più componenti, chiamato spliceosoma. Le sue dimensioni sono simili a quelle di un ribosoma ed è composto da circa 150 proteine e 5 RNA. Sono proprio questi ultimi a riconoscere, con molta probabilità, le sequenze ai confini introne-esone ed a partecipare alla catalisi della reazione. Per le reazioni, lo spliceosoma idrolizza diverse molecole di ATP. I cinque RNA (U1, U2, U4, U5 e U6) sono chiamati snRNA (small nuclear RNA). Ognuno di questi si complessa con diverse proteine del macchinario, formando complessi ribonucleoproteine nucleari chiamati snRNP (small nuclear ribonuclear protein). La composizione dello spliceosoma varia a seconda dei passaggi della reazione: snRNP diverse entrano ed escono dalla reazione in momenti diversi, ed ognuna ha una sua funzione particolare.

Le snRNP rivestono tre ruoli nello splicing: riconoscono il sito di splicing 5' e il punto di ramificazione; portano questi siti vicini quando occorre e catalizzano il taglio e la giunzione dell'RNA. Per tali funzioni sono essenziali le interazioni RNA-RNA, proteina-RNA e proteina-proteina. La prima interazione avviene tramite l'accoppiamento di basi complementari, tra l'snRNA U1 e il sito di splicing 5' del pre-mRNA. Nel corso della reazione, questo sito di splicing viene riconosciuto dall'snRNA U6. Un altro esempio di appaiamento tra le basi è il riconoscimento del punto di ramificazione da parte dell'snRNA U2, oppure l'interazione tra gli snRNA U2 e U6. Questa interazione avvicina il sito di splicing 5' e il punto di ramificazione. Sono proprio queste interazioni e i successivi riarrangiamenti che ne conseguono che guidano la reazione di splicing e contribuiscono alla sua precisione.

Anche alcune proteine non complessate con l'RNA sono coinvolte nello splicing: il fattore ausiliario U2 (U2AF) riconosce il segmento polipirimidinico e il sito di splicing 3', così che, nella fase iniziale della reazione di splicing, aiuta il legame di un'altra proteina (BBP, branch-point binding protein) al punto di ramificazione. La BBP sarà poi spiazzata dalla snRNP U2. Le altre proteine facilitano il legame tra RNA e snRNP.

Le fasi dello splicing

Inizialmente, il sito di splicing 5' viene riconosciuto dalla snRNP U1. Una delle subunità di U2AF si lega al segmento polipirimidinico, mentre l'altra si lega al sito di splicing 3'. La prima subunità interagisce con BBP e aiuta questa proteina a legarsi al punto di ramificazione. Questo arrangiamento di proteine e RNA è chiamato complesso precoce E. A questo punto, la snRNP U2 si lega al punto di ramificazione, con l'aiuto di U2AF, e spiazza BBP. Questo arrangiamento è chiamato complesso A.