Va fatta luce sulla materia oscura del genoma

Far luce sulla 'materia oscura' del genoma
Un nuovo strumento permette agli scienziati di comprendere il ruolo degli RNA non codificanti Quello che veniva respinto da molti come 'DNA spazzatura' è ritornato ad essere studiato e analizzato. Cresce infatti l'importanza di RNA non codificanti (ncRNAs) - messaggi di genoma che non fanno codifiche per le proteine ​​- in fase di sviluppo e la malattia. E' stato sviluppato un metodo che consente agli scienziati di esplorare in profondità cosa fa l'ncRNAs nelle cellule umane.

                                  Immagine gentilmente concessa da Università di Toronto



I nostri progressi sulla comprensione queste molecole è stata lenta a causa della mancanza di tecnologie che consentono la mappatura sistematica delle loro funzioni.


Ora, il team del professor Benjamin Blencowe (Università di Donnelly Centre di Toronto), con  Eesha Sharma e Tim Sterne-Weiler, hanno sviluppato un metodo, che consente agli scienziati di esplorare in profondità ciò che fa ncRNAs nelle cellule umane. Lo studio è stato contemporaneamente  portato a buon fine, rispettivamente dal gruppo del Dr. Yue Wan presso l'Istituto genoma di Singapore e il gruppo del Dr. Howard Chang presso la Stanford University in California, sviluppando metodi simili per studiare RNA in organismi differenti.

Dei 3 miliardi di lettere del genoma umano, solo il due per cento compongono i geni codificanti le proteine. I geni vengono copiati, o trascritti, in molecole di RNA messaggero (mRNA), che forniscono modelli per la costruzione di proteine ​​,i quali fanno la maggior parte del lavoro in una cellula. Gran parte della restante 98 per cento del genoma è stata inizialmente considerata da alcuni come priva di importanza funzionale. Tuttavia, vaste aree del genoma non codificante - tra la metà e i tre quarti di esso - vengono copiati in RNA.

Quello che il risultante ncRNAs potrebbe fare dipende da che cosa si chiede. Alcuni ricercatori ritengono che la maggior parte delle ncRNAs non ha alcuna funzione. Sono solo un sottoprodotto di potenti meccanismi di trascrizione del genoma che fa l'mRNA. Tuttavia, sta emergendo l'idea che molti ncRNAs hanno un ruolo importante nella regolazione genica. Questo punto di vista è supportato dal fatto che alcuni ncRNAs agiscono come carrozze per la spola dell' mRNA intorno alla cellula, o forniscono un'impalcatura per altre proteine ​​e RNA a cui attaccarsi per fare il loro lavoro.
La maggior parte dei dati disponibili è emersa in modo frammentario o attraverso una scoperta fortuita. E con evidenza che ncRNAs potrebbe guidare la progressione della malattia, come la metastasi del cancro emergente.Quindi c'era gran bisogno di una tecnologia che permettesse una analisi funzionale e sistematica di ncRNAs.
"Fino ad ora, con i metodi esistenti, si doveva sapere cosa si cercasse, perché è tutto quello che si richiede per avere alcune informazioni circa l'RNA di specifico interesse. La forza dell'attuale metodo -dice Eesha Sharma, dottoranda nel gruppo di Blencowe che col borsista postdottorato Tim Sterne- Weiler, hanno co-sviluppato il metodo- è che non c'è bisogno di preselezionare, in quanto è possibile vedere ciò che sta accadendo a livello globale nelle cellule, e utilizzare tali informazioni per guardare le cose interessanti che non abbiamo mai visto prima e il modo in cui stanno interessando la biologia ".
Il nuovo strumento, chiamato 'LIGR-Seq', cattura le interazioni tra le diverse molecole di RNA. Quando due molecole di RNA hanno sequenze corrispondenti - stringhe di lettere copiate dal progetto DNA - sapranno stare insieme come le due parti di una struttura velcro. Le strutture di RNA accoppiate vengono quindi rimosse dalle cellule e analizzati da metodi di sequenziamento per identificare con precisione quali RNA sono bloccati insieme.
"La maggior parte dei ricercatori nel campo delle scienze della vita concordano sul fatto che c'è un urgente bisogno di capire cosa fa l'ncRNAs . Questa tecnologia, -dice Blencowe professore presso il Dipartimento di Genetica Molecolare- apre la porta allo sviluppo di una nuova comprensione della funzione ncRNA".
Non dover fare affidamento sulla conoscenza preesistente è una forza del metodo che amplificherà la scoperta di coppie di RNA che non sono mai state viste prima. L'altro è che gli scienziati possono per la prima volta guardare le interazioni dell' RNA che si verificano nelle cellule viventi, in tutta la loro complessità, a differenza dei succhi di cellule puri sui quali hanno dovuto fare affidamento su prima. Questo è un po 'come passare da esplorare la biologia marina, raccogliendo conchiglie sulla spiaggia invece che per immersioni tra le barriere coralline in cui le possibilità di scoperta sono molto più grandi.
ncRNAs sono disponibili in molteplici sapori: c'è rRNA, tRNA, snRNA, snoRNA, Pirna, miRNA, e lncRNA, per citarne alcuni, dove i prefissi riflettono il posto del RNA nella cellula o qualche aspetto della sua funzione. Ma in verità è che nessuno sa veramente fino a che questi ncRNAs controllano ciò che accade nella cellula, né come lo fanno. La nuova tecnologia sviluppata dal gruppo di Blencowe è stato in grado di raccogliere nuove interazioni che coinvolgono tutte le classi di RNA e ha già rivelato alcuni risultati inaspettati.
Il team ha scoperto nuovi ruoli per piccoli RNA (nucleolari snoRNAs) che guidano normalmente  le modificazioni chimiche di altri ncRNAs. Si scopre che alcuni snoRNAs possono anche regolare la stabilità di una serie di mRNA codificanti proteine. In questo modo, snoRNAs può anche influenzare direttamente quali proteine ​​siano fatte, come pure la loro abbondanza, aggiungendo un nuovo livello di controllo in biologia cellulare. E questa è solo la punta di un iceberg .I ricercatori hanno in programma di sviluppare e applicare la loro tecnologia per studiare ulteriormente la ncRNAs in contesti diversi.
"Vorremmo capire come funziona ncRNAs durante lo sviluppo. Siamo particolarmente interessati -dice Blencowe- del loro ruolo nella formazione di neuroni. Ma dovremo anche usare il nostro metodo per scoprire e mappare i cambiamenti nelle interazioni RNA-RNA nel contesto delle malattie umane."