Meccanismi di controllo delle proteine sull'RNA

Controllo di qualità delle macromolecole

Nonsense-mediated decay

Abbiamo parlato nell'altra lezione di uno dei meccanismi di controllo di qualità delle macromolecole. Perché controllo di qualità delle macromolecole? Per macromolecole intendiamo soprattutto proteine. L'attività di una proteina, sia essa recettoriale, strutturale o di secrezione, è strettamente legata alla sua conformazione terziaria. Questa deriva dalla sua struttura primaria, quindi dalla sequenza amminoacidica, ma anche dall'interazione con fattori cellulari che aiutano il corretto folding di questa proteina.

Ma l'evento che una proteina non ottenga il folding corretto è un evento estremamente frequente nella cellula; infatti si pensa che circa un terzo delle proteine cellulari non abbia il folding e quindi l'attività corretta. Questo è il motivo per cui la cellula ha sviluppato (selezionato) dei meccanismi per ovviare all'accumulo di proteine misfolded o unfolded. Quindi questi meccanismi sono meccanismi fisiologici, che normalmente intervengono nella vita della cellula per rimediare a questo grosso accumulo di proteine mis-/unfolded.

È chiaro che una proteina incorretta crea dei problemi, anzitutto di tipo funzionale perché la presenza di proteine non attive diluisce i composti attivi. In alcuni casi proteine incorrette fungono da mutanti dominanti-negativi, quindi interferiscono (dominano) sull'attività delle proteine invece attive. In ultima analisi, proteine unfolded o misfolded tendono a precipitare, quindi tendono a formare aggregati che interferiscono con la funzione della cellula attraverso alcuni meccanismi che analizzeremo.

Quindi dicevamo che un terzo circa delle proteine che vengono sintetizzate non viene prodotto nella loro struttura corretta. I meccanismi che la cellula utilizza per correggere le proteine mis-/unfolded sono meccanismi che lavorano su:

• RNA, quindi evitano la traduzione degli RNA stessi;
• Prodotto finale, correggendo questi mis-/unfolded.

Meccanismi di controllo di qualità delle proteine che agiscono sull'RNA

A livello del poro nucleare esiste il primo checkpoint di controllo dell'mRNA. Un mRNA che attraversa il poro è un mRNA maturo, quindi il trascritto primario è stato processato dai fattori dello splicing, come abbiamo già visto, e si presenta in una struttura in cui al 5’ è presente un cap con le proteine che legano il cap; un 3’ poliadenilato su cui sono poste le proteine che legano i segnali di poliadenilazione; e poi una serie di altre proteine tra cui le proteine eterogenee nucleari hnRNP (complessi ribonucleici). Quando l'RNA deve attraversare il poro nucleare deve avere il cap, la coda di poli-A e una parte di queste proteine; quindi un primo segnale trattiene verso l'interno RNA che contengono ad esempio hnRNP che per qualche motivo sono rimaste deposte sul corpo del messaggero.

Quindi questo è il primo controllo. L'RNA maturo entra nel citoplasma e viene caricato sui ribosomi. La struttura che l'RNA assume è una struttura circolare e sappiamo che questa struttura è un modo per valutare se un RNA è corretto o no. Per quanto riguarda i meccanismi molecolari che intervengono in qualunque fenomeno cellulare, soprattutto per quanto riguarda gli acidi nucleici, è più la struttura che viene riconosciuta che non la sequenza, perché comunque la struttura poi dipende dalla sequenza; quindi una particolare sequenza nel 3’-UTR richiamerà certi fattori come quelli di riconoscimento del segnale di poliadenilazione che medieranno la formazione del loop in cui la coda di poli-A interagisce con il 5’-cap e le proteine che lo legano.

Quindi se la trascrizione ha portato la formazione di messaggeri tronchi al 5’ o al 3’ (senza quindi il cap o la sequenza di poli-A) questi messaggeri non formano il loop e quindi non vengono caricati sui ribosomi. Quindi il secondo step di controllo di qualità del messaggero avviene a livello di caricamento o meno sui ribosomi.

Innanzitutto la traduzione avviene fondamentalmente in due steps: il primo step (detto pionieristico) di traduzione vede una particolare struttura del messaggero maturo, che è il messaggero che è uscito dal poro nucleare e che contiene quindi le sequenze al 3’ e al 5’ e che contiene al livello del sito di giunzione esone-esone, laddove si è verificato un evento di splicing, un complesso multiproteico: complesso EJC (Exon Junction Complex). Questo complesso si troverà quindi in prossimità di una giunzione esone-esone. Nel primo ciclo di traduzione, il ribosoma che è caricato scalza in pratica questo complesso e lo rimuove dal messaggero.

Quindi negli eventi successivi che sono quelli all'equilibrio, quelli più veloci, il messaggero si presenterà decorato dalle proteine al 3’ e 5’, ma soprattutto la coding sequence è libera dalle proteine EJC. Tornando alla traduzione, nel primo ciclo pionieristico si ha il ribosoma che scalza il complesso EJC, lo scorrimento lungo la coding sequence e una volta arrivato a livello del segnale di terminazione si stacca. Quindi il messaggero ora è pronto per gli eventi successivi di traduzione, quindi il nuovo caricamento da parte di nuovi ribosomi.

Mecanismo di nonsense-mediated decay

Che cosa succede quando, per un evento legato ad una mutazione puntiforme, quando per un evento di splicing alternativo per la non rimozione di un introne per un difetto nello splicing, compare un segnale di terminazione prematuro (PTC)? Il segnale prematuro compare a monte di una giunzione esone-esone. Quindi quando questo complesso verrà caricato sui ribosomi al primo ciclo di traduzione, il ribosoma scorrerà, troverà il PTC e si staccherà. Questo fa sì che il complesso EJC rimane deposto anche negli eventi successivi di traduzione.

Questo complesso proteico deposto è proprio il segnale che richiama una serie di enzimi che portano alla distruzione dell'mRNA. Infatti questo complesso proteico richiama enzimi di decapping e una volta che è rimosso il cap al 5’ questa estremità diventa passibile di attacco da parte delle esonucleasi 5’-3’; richiama enzimi di deadenilazione, per cui viene rimossa la coda di poli-A e anche in questo caso c'è attacco da parte di esonucleasi però 3’-5’.

Quindi questo meccanismo permette di eliminare tutti gli RNA messagg...