Tre tipi principali di RNA sono coinvolti nella sintesi proteica: RNA messaggero (mRNA), RNA di trasferimento (tRNA) e RNA ribosomico (rRNA). Questi RNA svolgono funzioni diverse e possono essere ampiamente classificati come RNA codificante o non codificante delle proteine. Gli RNA non codificanti svolgono un ruolo importante nella regolazione dell’espressione genica in risposta ai cambiamenti dello sviluppo e dell’ambiente. Gli RNA non codificanti nei procadioti possono essere manipolati per sviluppare farmaci antibatterici più efficaci per uso umano o animale.
Il dogma centrale della biologia molecolare afferma che il DNA contiene le informazioni che codificano le proteine e l’RNA utilizza queste informazioni per dirigere la sintesi delle proteine. Diversi tipi di RNA sono coinvolti nella sintesi proteica. In base al fatto che codificano o meno le proteine, l’RNA è ampiamente classificato come RNA codificante o non codificante delle proteine.
Messenger RNA (mRNA) è l’RNA che codifica le proteine. È costituito da codoni, sequenze di tre nucleotidi che codificano un aminoacido specifico. L’RNA di trasferimento (tRNA) e l’RNA ribosomico (rRNA) sono RNA non codificanti. il tRNA agisce come una molecola adattatrice che legge la sequenza di mRNA e posiziona gli amminoacidi nell’ordine corretto nella catena dei polipeptidi in crescita. RRNA e altre proteine costituiscono il ribosoma, il sedile della sintesi proteica nella cellula. Durante la traduzione, i ribosomi si muovono lungo un filamento di mRNA dove stabilizzano il legame delle molecole di tRNA e catalizzano la formazione di legami peptidici tra gli amminoacidi. Così, diversi tipi di RNA svolgono funzioni specifiche ma complementari durante la sintesi proteica.
Gli RNA non codificanti diversi dal tRNA e dal rRNA sono stati inizialmente considerati “spazzatura genomica” poiché non codificavano le proteine. Tuttavia, il loro ruolo nella regolazione dell’espressione genica è stato scoperto negli ultimi decenni e continuano ad essere ampiamente studiati. In base alla loro lunghezza, gli RNA non codificanti possono essere classificati come RNA normativi di piccole dimensioni ( 200 nucleotidi).
Sia piccoli RNA regolatori che rRNA lunghi non codificanti regolano l’espressione genica alterando varie fasi di trascrizione e traduzione. Gli RNA non codificanti influiscono sullo splicing dell’mRNA: la rimozione delle proteine che non codificano segmenti e l’unione delle sequenze di codifica delle proteine. In questo modo, controllano la formazione di diverse varianti proteiche da un singolo gene. Piccoli RNA regolatori come i microRNA (miRNA) e i piccoli RNA interferenti (siRNA) si legano a sequenze complementari sull’mRNA e inibiscono la sintesi proteica bloccando l’accesso del meccanismo di traduzione all’mRNA o degradando l’mRNA stesso. I lunghi RNA non codificanti interagiscono e reclutano enzimi che modificano chimicamente il DNA e gli istoni – proteine che aiutano a confezionare il DNA nel nucleo – per attivare o reprimere la trascrizione.
La regolazione mediata dall’RNA dell’espressione genica è diffusa nei batteri. Le sequenze regolatorie nell’mRNA, chiamate ribointerruttori, fungono da sensori ambientali rilevando i cambiamenti di temperatura e livelli di nutrienti.
La regolazione basata su Riboswitch dipende dalla formazione di due conformazioni stabili e reciprocamente esclusive della struttura secondaria dell’RNA. La struttura secondaria passa tra le due conformazioni per attivare o disattivare l’espressione genica in risposta ai cambiamenti ambientali. Ad esempio, quando i batteri Listeria monocytogenes infettano un ospite, la temperatura corporea più alta dell’ospite rompe la struttura secondaria nella regione 5′ non tradotta dell’mRNA batterico. Questo espone un sito di legame del ribosoma sull’mRNA e inizia la traduzione delle proteine, consentendo ai batteri di vivere e crescere all’interno dell’organismo ospite.
Alcuni riboswitch rilevano i prodotti finali delle vie metaboliche e fungono come controlli di feedback per la trascrizione o la traduzione. Ad esempio, il riboswitch tiamina pirofosfato regola la biosintesi della tiamina nei batteri. Quando un’adeguata concentrazione di tiamina è stata sintetizzata, si lega al riboswitch e cambia la sua conformazione. Questo cambiamento nella conformazione blocca il sito di avvio della traduzione e interrompe la sintesi proteica.
Composti che assomigliano molto alla tiamina nella struttura sono allo studio come potenziali agenti antibatterici. Questi farmaci hanno lo scopo di legare il ribobobio in assenza di tiamina e causare un cambiamento conformazionale che blocca la traduzione delle proteine necessarie per la biosintesi della tiamina. Dal momento che i batteri non saranno in grado di produrre questa sostanza nutriente, smetterà di crescere e alla fine morirà. Poiché i riboswitches si trovano più comunemente nei procarioti rispetto agli eucarioti, gli antibatterici che mirano il riboswitch avrebbero effetti negativi sugli ospiti dei mammiferi.
