Quanti filamenti ci sono nellrna

Famiglia di grandi molecole biologiche

Questo articolo riguarda la macromolecola biologica. Per altri usi, vedi RNA (disambigua).

L'acido ribonucleico ( RNA ) è una molecola polimerica essenziale per la maggior parte delle funzioni biologiche, sia svolgendo la funzione stessa (RNA non codificante) sia formando un modello per la produzione di proteine (RNA messaggero). L'RNA e l'acido desossiribonucleico (DNA) sono acidi nucleici. Gli acidi nucleici costituiscono una delle quattro principali macromolecole essenziali per tutte le forme di vita conosciute. L'RNA è assemblato come una catena di nucleotidi. Gli organismi cellulari utilizzano l'RNA messaggero ( mRNA ) per trasmettere informazioni genetiche (utilizzando le basi azotate di guanina, uracile, adenina e citosina, indicate con le lettere G, U, A e C) che dirigono la sintesi di proteine specifiche. Molti virus codificano la loro genetica informazioni utilizzando un genoma a RNA.

Alcune molecole di RNA svolgono un ruolo attivo all'interno delle cellule catalizzando reazioni biologiche, controllando l'espressione genica o rilevando e comunicando risposte ai segnali cellulari. Uno di questi processi attivi è la sintesi proteica, una funzione universale in cui le molecole di RNA dirigono la sintesi delle proteine sui ribosomi. Questo processo utilizza molecole di RNA di trasferimento ( tRNA ) per fornire amminoacidi al ribosoma, dove l'RNA ribosomiale ( rRNA ) quindi collega gli amminoacidi insieme per formare proteine codificate.

E' diventato ampiamente accettato nella scienza ^[1] che all'inizio della storia della vita sulla Terra, prima dell'evoluzione del DNA e forse anche degli enzimi basati sulle proteine, esisteva un "mondo a RNA" in cui l'RNA serviva sia come metodo di archiviazione degli organismi viventi per l'informazione genetica - un ruolo svolto oggi dal DNA, tranne nel caso dei virus a RNA - sia funzioni catalitiche potenzialmente svolte nelle cellule, una funzione svolta oggi dagli enzimi proteici, con la notevole e importante eccezione del ribosoma, che è un ribozima.

Articolo

principale: Struttura dell'acido nucleico

Composizione

chimica di base

Ogni nucleotide nell'RNA contiene uno zucchero ribosio, con atomi di carbonio numerati da 1' a 5'. Una base è attaccata alla posizione 1', in generale, adenina (A), citosina (C), guanina (G) o uracile (U). L'adenina e la guanina sono purine, mentre la citosina e l'uracile sono pirimidine. Un gruppo fosfato è attaccato alla posizione 3' di un ribosio e alla posizione 5' del successivo. I gruppi fosfato hanno una carica negativa ciascuno, rendendo l'RNA una molecola carica (polianione). Le basi formano legami idrogeno tra citosina e guanina, tra adenina e uracile e tra guanina e uracile. ^[2] Tuttavia sono possibili altre interazioni, come un gruppo di basi adeniche che si legano l'una all'altra in un rigonfiamento, ^[3] o il tetraloop GNRA che ha una coppia di basi guanina-adenina. ^[2]

Differenze tra DNA e RNA

Come il DNA, la maggior parte degli RNA biologicamente attivi, tra cui mRNA, tRNA, rRNA, snRNA e altri RNA non codificanti, contengono sequenze auto-complementari che consentono a parti dell'RNA di ripiegarsi ^[8] e si accoppiano con se stessi per formare doppie eliche. L'analisi di questi RNA ha rivelato che sono altamente strutturati. A differenza del DNA, le loro strutture non sono costituite da lunghe doppie eliche, ma piuttosto da raccolte di brevi eliche impacchettate insieme in strutture simili a proteine.

In questo modo, gli RNA possono raggiungere la catalisi chimica (come enzimi). ^[9] Ad esempio, la determinazione della struttura del ribosoma, un complesso RNA-proteina che catalizza l'assemblaggio delle proteine, ha rivelato che il suo sito attivo è composto interamente da RNA. ^[10]

Un importante componente strutturale dell'RNA che lo distingue dal DNA è la presenza di un gruppo ossidrile in posizione 2' dello zucchero ribosio. La presenza di questo gruppo funzionale fa sì che l'elica assuma principalmente la geometria a forma A, ^[11] sebbene in contesti di dinucleotidi a singolo filamento, l'RNA raramente possa adottare anche la forma B più comunemente osservata nel DNA. ^[12] La geometria a forma di A si traduce in una scanalatura maggiore molto profonda e stretta e in una scanalatura minore poco profonda e larga. ^[13] Una seconda conseguenza della presenza del gruppo 2'-ossidrile è quella nelle regioni conformazionalmente flessibili di una molecola di RNA (cioè non coinvolto nella formazione di una doppia elica), può attaccare chimicamente il legame fosfodiestere adiacente per scindere la spina dorsale. ^[14]

Strutture secondarie e terziarie

La forma funzionale delle molecole di RNA a singolo filamento, proprio come le proteine, richiede spesso una specifica struttura terziaria spaziale. L'impalcatura per questa struttura è fornita da elementi strutturali secondari che sono legami idrogeno all'interno della molecola. Questo porta a diversi "domini" riconoscibili di struttura secondaria come anelli a forcina, rigonfiamenti e anelli interni. ^[15] Per creare, cioè progettare, l'RNA per una data struttura secondaria, due o tre basi non sarebbero sufficienti, ma quattro basi sono sufficienti. ^[16] Questo è probabilmente il motivo per cui la natura ha "scelto" un alfabeto a quattro basi: meno di quattro non permetterebbero la creazione di tutte le strutture, mentre non sono necessarie più di quattro basi per farlo Così. Poiché l'RNA è carico, gli ioni metallici come il Mg ²⁺ sono necessari per stabilizzare molte strutture secondarie e terziarie. ^[17]

L'enantiomero naturale dell'RNA è il D-RNA composto da D-ribonucleotidi . Tutti i centri di chiralità si trovano nel D-ribosio. Con l'uso dell'L-ribosio o meglio dell'L-ribonucleotidi, l'L-RNA può essere sintetizzato. L -RNA è molto più stabile contro la degradazione da parte della RNasi. ^[18]

Come altri biopolimeri strutturati come le proteine, si può definire la topologia di una molecola di RNA ripiegata. Questo viene spesso fatto sulla base della disposizione dei contatti intra-catena all'interno di un RNA ripiegato, definita topologia del circuito.

L'RNA

viene trascritto con solo quattro basi (adenina, citosina, guanina e uracile), ^[19] ma queste basi e gli zuccheri attaccati possono essere modificati in numerosi modi man mano che gli RNA maturano. La pseudouridina (Ψ), in cui il legame tra uracile e ribosio viene modificato da un legame C-N a un legame C-C, e la ribotimidina (T) si trovano in vari luoghi (i più notevoli sono nel ciclo TΨC del tRNA). ^[20] Un'altra base modificata degna di nota è l'ipoxantina, una base adenina deaminata il cui nucleoside è chiamato inosina (I). L'inosina gioca un ruolo chiave nell'ipotesi dell'oscillazione del codice genetico. ^[21]

Ci sono più di 100 altri nucleosidi modificati presenti in natura. ^[22] La maggiore diversità strutturale di modifiche può essere trovata nel tRNA, ^[23] mentre la pseudouridina e i nucleosidi con 2'-O-metilribosio spesso presenti nell'rRNA sono i più comuni. ^[24] I ruoli specifici di molte di queste modifiche nell'RNA non sono completamente compresi. Tuttavia, è da notare che, nell'RNA ribosomiale, molte delle modificazioni post-trascrizionali si verificano in regioni altamente funzionali, come il centro della peptidil transferasi ^[25] e l'interfaccia della subunità, il che implica che sono importanti per la normale funzione. ^[26]

Vedi

anche: Elenco degli RNA L'RNA messaggero

(mRNA) è il tipo di RNA che trasporta le informazioni dal DNA al ribosoma, i siti di sintesi proteica (traduzione) nel citoplasma cellulare. La sequenza codificante dell'mRNA determina la sequenza di amminoacidi nella proteina prodotta. ^[27] Tuttavia, molti RNA non codificano per le proteine (circa il 97% dell'output trascrizionale è non codificante per proteine negli eucarioti ^{[28] [29] [30] [31]} ).

Questi cosiddetti RNA non codificanti ("ncRNA") possono essere codificati dai propri geni (geni RNA), ma possono anche derivare da introni di mRNA. ^[32] Gli esempi più importanti di RNA non codificanti sono l'RNA di trasferimento (tRNA) e l'RNA ribosomiale (rRNA), entrambi coinvolti nel processo di traduzione. ^[7] Ci sono anche RNA non codificanti coinvolti nella regolazione genica, nell'elaborazione dell'RNA e in altri ruoli. Alcuni RNA sono in grado di catalizzare reazioni chimiche come il taglio e la legatura di altre molecole di RNA, ^[33] e la catalisi della formazione di legami peptidici nel ribosoma; ^[10] Questi sono noti come ribozimi.

In base alla lunghezza della catena di RNA, l'RNA include l'RNA piccolo e l'RNA lungo. ^[34] Di solito, gli RNA piccoli sono più corti di 200 nt di lunghezza e gli RNA lunghi sono lunghi più di 200 nt. ^[35] Gli RNA lunghi, chiamati anche RNA grandi, includono principalmente l'RNA lungo non codificante (lncRNA) e l'mRNA. Gli small RNA includono principalmente l'RNA ribosomiale 5.8S (rRNA), l'rRNA 5S, l'RNA di trasferimento (tRNA), il microRNA (miRNA), il piccolo RNA interferente (siRNA), il piccolo RNA nucleolare (snoRNA), l'RNA interagente con Piwi (piRNA), il piccolo RNA derivato dal tRNA (tsRNA) ^[36] e il piccolo RNA derivato dall'rDNA (srRNA). ^[37] Ci sono alcune eccezioni come nel caso dell'rRNA 5S dei membri del genere Halococcus (Archaea), che hanno un'inserzione, aumentando così le sue dimensioni. ^{[38] [39] [40]}

Gli RNA coinvolti nella sintesi proteica

L'RNA messaggero (mRNA) trasporta informazioni su una sequenza proteica ai ribosomi, le fabbriche di sintesi proteica nella cellula. È codificato in modo che ogni tre nucleotidi (un codone) corrisponda a un amminoacido. Nelle cellule eucariotiche, una volta che l'mRNA precursore (pre-mRNA) è stato trascritto dal DNA, viene processato per maturare l'mRNA. Questo rimuove i suoi introni, sezioni non codificanti del pre-mRNA. L'mRNA viene quindi esportato dal nucleo al citoplasma, dove viene legato ai ribosomi e tradotto nella forma proteica corrispondente con l'aiuto del tRNA. Nelle cellule procariotiche, che non hanno compartimenti del nucleo e del citoplasma, l'mRNA può legarsi ai ribosomi mentre viene trascritto dal DNA. Dopo un certo periodo di tempo, il messaggio si degrada nei nucleotidi che lo compongono con l'assistenza delle ribonucleasi. ^[27]

L'RNA di trasferimento (tRNA) è una piccola catena di RNA di circa 80 nucleotidi che trasferisce uno specifico amminoacido a una catena polipeptidica in crescita nel sito ribosomiale della sintesi proteica durante la traduzione. Ha siti per l'attacco degli amminoacidi e una regione anticodone per il riconoscimento del codone che si lega a una sequenza specifica sulla catena dell'RNA messaggero attraverso l'idrogeno Legame. ^[32]

L'RNA ribosomiale (rRNA) è il componente catalitico dei ribosomi. L'rRNA è il componente del ribosoma che ospita la traduzione. I ribosomi eucariotici contengono quattro diverse molecole di rRNA: 18S, 5.8S, 28S e 5S rRNA. Tre delle molecole di rRNA sono sintetizzate nel nucleolo e una è sintetizzata altrove. Nel citoplasma, l'RNA ribosomiale e la proteina si combinano per formare una nucleoproteina chiamata ribosoma. Il ribosoma lega l'mRNA e svolge la sintesi proteica. Diversi ribosomi possono essere attaccati a un singolo mRNA in qualsiasi momento. ^[27] Quasi tutto l'RNA che si trova in una tipica cellula eucariotica è rRNA.

L'RNA messaggero di trasferimento (tmRNA) si trova in molti batteri e plastidi. Etichetta le proteine codificate dagli mRNA che mancano di codoni di arresto per la degradazione e impedisce lo stallo del ribosoma. ^[41]

RNA regolatorio

Il I primi regolatori noti dell'espressione genica erano proteine note come repressori e attivatori – regolatori con specifici siti di legame corti all'interno di regioni di potenziamento vicino ai geni da regolare. ^[42] Studi successivi hanno dimostrato che gli RNA regolano anche i geni. Ci sono diversi tipi di processi RNA-dipendenti negli eucarioti che regolano l'espressione dei geni in vari punti, come i geni che reprimono l'RNAi post-trascrizionale, gli RNA lunghi non codificanti che chiudono blocchi di cromatinaepigeneticamente e gli RNA potenziatori che inducono un aumento dell'espressione genica. ^[43] È stato anche dimostrato che i batteri e gli archei utilizzano sistemi di RNA regolatori come i piccoli RNA batterici e CRISPR. ^[44] Nel 2006 Fire e Mello hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina per la scoperta dei microRNA (miRNA), specifiche molecole di RNA corte che possono accoppiarsi con gli mRNA. ^[45]

MicroRNA (miRNA) e piccoli RNA interferenti (siRNA)

Vedi anche: Interferenza dell'RNA

I

livelli di espressione post-trascrizionale di molti geni possono essere controllati dall'interferenza dell'RNA, in cui i miRNA, specifiche molecole di RNA corte, si accoppiano con le regioni dell'mRNA e le prendono di mira per la degradazione. ^[46] Questo processo basato sull'antisenso coinvolge passaggi che prima elaborano l'RNA in modo che possa accoppiarsi con una regione dei suoi mRNA bersaglio. Una volta che si verifica l'accoppiamento delle basi, altre proteine dirigono l'mRNA verso la distruzione da parte delle nucleasi. ^[43]

Successivamente

ad essere collegati alla regolazione sono stati Xist e altri lunghi RNA non codificanti associati all'inattivazione del cromosoma X. Il loro ruolo, inizialmente misterioso, è stato dimostrato da Jeannie T. Lee e altri che consistono nel silenziamento di blocchi di cromatina attraverso il reclutamento del complesso Polycomb in modo che l'RNA messaggero non poteva essere trascritto da essi. ^[47] Ulteriori lncRNA, attualmente definiti come RNA di oltre 200 coppie di basi che non sembrano avere potenziale di codifica, ^[48] sono stati trovati associati alla regolazione della pluripotenza delle cellule staminali e della divisione cellulare. ^[48]

Il

terzo gruppo principale di RNA regolatori è chiamato RNA potenziatore. ^[48] Al momento non è chiaro se siano una categoria unica di RNA di varie lunghezze o costituiscano un sottoinsieme distinto di lncRNA. In ogni caso, sono trascritti da enhancer, che sono noti siti regolatori nel DNA vicino ai geni che regolano. ^{[48] [49]} Regolano la trascrizione del/i gene/i sotto il controllo dell'enhancer da cui vengono trascritti. ^{[48] [50]}

Piccolo RNA nei procarioti

Piccolo RNA

All'inizio, si pensava che l'RNA regolatorio fosse un fenomeno eucariotico, una parte della spiegazione del perché negli organismi superiori si osservava molta più trascrizione di quanto fosse stato previsto. Ma non appena i ricercatori hanno iniziato a cercare possibili regolatori dell'RNA nei batteri, sono arrivati anche lì, definiti come small RNA (sRNA). ^{[51] [44]} Attualmente, la natura ubiquitaria dei sistemi di regolazione dell'RNA dei geni è stata discussa come supporto per la teoria del mondo dell'RNA. ^{[43] [52]} Ci sono indicazioni che gli sRNA enterobatterici sono coinvolti in vari processi cellulari e sembrano avere un ruolo significativo nelle risposte allo stress come lo stress di membrana, lo stress da fame, lo stress da fosfozucchero e il danno al DNA. Inoltre, è stato suggerito che gli sRNA sono stati evoluti per avere un ruolo importante nelle risposte allo stress a causa delle loro proprietà cinetiche che consentono una risposta rapida e la stabilizzazione dello stato fisiologico. ^[4] I piccoli RNA batterici generalmente agiscono tramite l'accoppiamento antisenso con l'mRNA per sottoregolare la sua traduzione, influenzando la stabilità o influenzando la capacità di legame cis. ^[43] Sono stati scoperti anche i riboswitch. Sono sequenze di RNA regolatorie che agiscono in modo allosterico. Cambiano forma quando si legano ai metaboliti in modo da guadagnare o perdere la capacità di legare la cromatina per regolare l'espressione dei geni. ^{[53] [54]}

RNA CRISPR

Gli archaea hanno anche sistemi di RNA regolatori. ^[55] Il sistema CRISPR, recentemente utilizzato per modificare il DNA in situ , agisce tramite RNA regolatori negli archaea e nei batteri per fornire protezione contro i virus Invasori. ^{[43] [56]}

Sintesi e processazione dell'RNA

Sintesi

La sintesi dell'RNA avviene tipicamente nel nucleo cellulare ed è solitamente catalizzata da un enzima, l'RNA polimerasi, utilizzando il DNA come modello, un processo noto come trascrizione. L'inizio della trascrizione inizia con il legame dell'enzima a una sequenza di promotori nel DNA (di solito si trova "a monte" di un gene). La doppia elica del DNA viene srotolata dall'attività elicasica dell'enzima. L'enzima progredisce quindi lungo il filamento stampo nella direzione da 3' a 5', sintetizzando una molecola di RNA complementare con allungamento che si verifica nella direzione da 5' a 3'. La sequenza del DNA determina anche dove avverrà la terminazione della sintesi dell'RNA. ^[57]

Gli RNA primari dei trascritti sono spesso modificati dagli enzimi dopo la trascrizione. Ad esempio, vengono aggiunti una coda in poli(A) e un cappuccio da 5' il pre-mRNA eucariotico e gli introni vengono rimossi dallo spliceosoma.

Esistono anche un certo numero di RNA polimerasi RNA-dipendenti che utilizzano l'RNA come modello per la sintesi di un nuovo filamento di RNA. Ad esempio, un certo numero di virus a RNA (come il poliovirus) utilizza questo tipo di enzima per replicare il loro materiale genetico. ^[58] Inoltre, l'RNA polimerasi RNA-dipendente fa parte della via di interferenza dell'RNA in molti organismi. ^[59]

Elaborazione dell'RNA

Molti RNA sono coinvolti nella modifica di altri RNA. Gli introni sono separati dal pre-mRNA da spliceosomi, che contengono diversi piccoli RNA nucleari (snRNA), ^[7] o gli introni possono essere ribozimi che vengono uniti da soli. ^[60] L'RNA può anche essere alterato modificando i suoi nucleotidi in nucleotidi diversi da A, C, G e U. Negli eucarioti, le modificazioni dei nucleotidi dell'RNA sono in generale diretto da piccoli RNA nucleolari (snoRNA; 60-300 nt), ^[32] che si trovano nel nucleolo e nei corpi cajal. Gli snoRNA si associano agli enzimi e li guidano verso un punto su un RNA mediante l'accoppiamento di basi a quell'RNA. Questi enzimi eseguono quindi la modifica nucleotidica. Gli rRNA e i tRNA sono ampiamente modificati, ma anche gli snRNA e gli mRNA possono essere oggetto di modificazione delle basi. ^{[61] [62] L'RNA} può anche essere metilato. ^{[63] [64]}

RNA in genetica Genatomi dell'RNA

Come il DNA, l'RNA può trasportare informazioni genetiche. I virus a RNA hanno genomi composti da RNA che codifica un numero di proteine. Il genoma virale è replicato da alcune di queste proteine, mentre altre proteine proteggono il genoma quando la particella virale si sposta in una nuova cellula ospite. I viroidi sono un altro gruppo di agenti patogeni, ma sono costituiti solo da RNA, non codificano qualsiasi proteina e sono replicati dalla polimerasi di una cellula vegetale ospite. ^[65]

I virus con

trascrizione inversa

replicano i loro genomi trascrivendo al contrario copie di DNA dal loro RNA; queste copie di DNA vengono poi trascritte in nuovo RNA. I retrotrasposoni si diffondono anche copiando il DNA e l'RNA l'uno dall'altro, ^[66] e la telomerasi contiene un RNA che viene utilizzato come modello per costruire le estremità dei cromosomi eucariotici. ^[67]

L'RNA

a doppio

filamento

(dsRNA) è un RNA con due filamenti complementari, simile al DNA che si trova in tutte le cellule, ma con la sostituzione della timina con l'uracile e l'aggiunta di un atomo di ossigeno. Il dsRNA costituisce il materiale genetico di alcuni virus (virus a RNA a doppio filamento). RNA a doppio filamento, come l'RNA virale o siRNA, può innescare l'interferenza dell'RNA negli eucarioti, così come la risposta dell'interferone nei vertebrati. ^{[68] [69] [70] [71]} Negli eucarioti, l'RNA a doppio filamento (dsRNA) svolge un ruolo nell'attivazione del sistema immunitario innato contro le infezioni virali. ^[72]

Articolo

principale: RNA circolare Alla

fine degli anni '70, è stato dimostrato che esiste un singolo filamento covalentemente chiuso, cioè una forma circolare di RNA espressa in tutto il regno animale e vegetale (vedi circRNA). ^[73] Si pensa che i circRNA nascano attraverso una reazione di "back-splice" in cui lo spliceosoma si unisce a un accettore 3' a monte a un sito di splicing donatore 5' a valle. Finora la funzione dei circRNA è in gran parte sconosciuta, anche se per alcuni esempi è stata dimostrata un'attività di spugnatura dei microRNA.

Scoperte chiave nella biologia dell'RNA

Per ulteriori informazioni: Storia della biologia

dell'RNA

La ricerca sull'RNA ha portato a molte importanti scoperte biologiche e a numerosi premi Nobel. Gli acidi nucleici furono scoperti nel 1868 da Friedrich Miescher, che chiamò il materiale "nucleina" poiché si trovava nel nucleo. ^[74] In seguito si è scoperto che le cellule procariotiche, che non hanno un nucleo, contengono anche acidi nucleici. Il ruolo dell'RNA nella sintesi proteica era sospettato già nel 1939. ^[75] Severo Ochoa vinse il Premio Nobel per la Medicina nel 1959 (condiviso con Arthur Kornberg) dopo aver scoperto un enzima in grado di sintetizzare l'RNA in laboratorio. ^[76] Tuttavia, l'enzima scoperto da Ochoa (polinucleotide fosforilasi) è stato successivamente dimostrato essere responsabile della degradazione dell'RNA, non della sintesi dell'RNA. Nel 1956 Alex Rich e David Davies ibridarono due filamenti separati di RNA per formare il primo cristallo di RNA la cui struttura potrebbe essere determinata mediante cristallografia a raggi X. ^[77]

La sequenza dei 77 nucleotidi di un tRNA di lievito è stata trovata da Robert W. Holley nel 1965, ^[78] che gli ha fatto vincere il Premio Nobel per la Medicina nel 1968 (condiviso con Har Gobind Khorana e Marshall Nirenberg).

All'inizio degli anni '70 furono scoperti i retrovirus e la trascrittasi inversa, dimostrando per la prima volta che gli enzimi potevano copiare l'RNA nel DNA (l'opposto della solita via per la trasmissione dell'informazione genetica). Per questo lavoro, David Baltimore, Renato Dulbecco e Howard Temin sono stati insigniti del Premio Nobel nel 1975. Nel 1976, Walter Fiers e il suo team determinarono la prima sequenza nucleotidica completa del genoma di un virus a RNA, quello del batteriofago MS2. ^[79]

Nel 1977, lo splicing degli introni e dell'RNA è stato scoperto sia nei virus dei mammiferi che nei geni cellulari, con il risultato di un Nobel nel 1993 a Philip Sharp e Richard Roberts. Le molecole di RNA catalitico (ribozimi) sono state scoperte nei primi anni '80, portando a un premio Nobel nel 1989 a Thomas Cech e Sidney Altman. Nel 1990, è stato scoperto nella petunia che i geni introdotti possono silenziare geni simili della pianta, ora noti per essere il risultato dell'interferenza dell'RNA. ^{[80] [81]}

All'incirca nello stesso periodo, si scoprì che 22 RNA lunghi NT, ora chiamati microRNA, avevano un ruolo nello sviluppo di C. elegans . ^[82] Gli studi sull'interferenza dell'RNA hanno fatto guadagnare un premio Nobel a Andrew Fire e Craig Mello nel 2006 e un altro Nobel per gli studi sulla trascrizione dell'RNA a Roger Kornberg nello stesso anno. La scoperta di RNA regolatori dei geni ha portato a tentativi di sviluppare farmaci a base di RNA, come il siRNA, per silenziare i geni. ^[83] Aggiunto ai premi Nobel per la ricerca sull'RNA, nel 2009 è stato assegnato per la delucidazione della struttura atomica del ribosoma a Venki Ramakrishnan, Thomas A. Steitz e Ada Yonath. Nel 2023 il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina è stato assegnato a Katalin Karikó e Drew Weissman per le loro scoperte sui nucleosidi modificati che hanno permesso lo sviluppo di efficaci vaccini a mRNA contro il COVID-19. ^{[84] [85] [86]}

Rilevanza per la chimica prebiotica e l'abiogenesi

Nel 1968, Carl Woese ipotizzò che l'RNA potesse essere catalitico e suggerì che le prime forme di vita (molecole autoreplicanti) avrebbero potuto fare affidamento sull'RNA sia per trasportare informazioni genetiche che per catalizzare reazioni biochimiche: un mondo di RNA. ^{[87] [88]} Nel maggio 2022, gli scienziati hanno scoperto che l'RNA può formarsi spontaneamente sul vetro lavico basaltico prebiotico, che si presume fosse abbondante all'inizio Terra. ^Nel

marzo 2015, le basi nucleotiche del DNA e dell'RNA, tra cui uracile, citosina e timina, sono state formate in laboratorio in condizioni spaziali, utilizzando sostanze chimiche starter come la pirimidina, un composto organico che si trova comunemente nei meteoriti. La pirimidina, come gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA), è uno dei composti più ricchi di carbonio trovati nell'universo e potrebbe essersi formata nelle giganti rosse o nelle nubi di polvere e gas interstellari. ^[91] Nel luglio 2022, gli astronomi hanno segnalato enormi quantità di molecole prebiotiche, inclusi possibili precursori dell'RNA, nel centro galattico della Via Lattea.

L'RNA

, inizialmente ritenuto inadatto per la terapia a causa della sua breve emivita, è stato reso utile attraverso i progressi nella stabilizzazione. Terapeutico Le applicazioni sorgono quando l'RNA si ripiega in conformazioni complesse e lega proteine, acidi nucleici e piccole molecole per formare centri catalitici. ^[94] Si ritiene che i vaccini basati sull'RNA siano più facili da produrre rispetto ai vaccini tradizionali derivati da agenti patogeni uccisi o alterati, perché possono essere necessari mesi o anni per crescere e studiare un agente patogeno e determinare quali parti molecolari estrarre, inattivare e utilizzare in un vaccino. Piccole molecole con proprietà terapeutiche convenzionali possono colpire le strutture dell'RNA e del DNA, trattando così nuove malattie. Tuttavia, la ricerca è scarsa sulle piccole molecole che hanno come bersaglio l'RNA e sui farmaci approvati per le malattie umane. Ribavirina, branaplam e ataluren sono farmaci attualmente disponibili che stabilizzano le strutture dell'RNA a doppio filamento e controllano lo splicing in una varietà di disturbi. ^{[95] [96]}

Gli mRNA codificanti proteine sono emersi come nuovi candidati terapeutici, con la sostituzione dell'RNA particolarmente vantaggiosa per l'espressione proteica breve ma torrenziale. ^[97] Gli mRNA trascritti in vitro (IVT-mRNA) sono stati utilizzati per fornire proteine per la rigenerazione ossea, la pluripotenza e la funzione cardiaca in modelli animali. ^{[98] [99] [100] [101] [102]} I siRNA, molecole di RNA corte, svolgono un ruolo cruciale nella difesa innata contro i virus e nella struttura della cromatina. Possono essere introdotti artificialmente per silenziare geni specifici, rendendoli preziosi per studi sulla funzione genica, convalida di bersagli terapeutici e sviluppo di farmaci. ^[97]

I vaccini a mRNA sono emersi come una nuova importante classe di vaccini, che utilizzano l'mRNA per produrre proteine che provocano una risposta immunitaria. La loro prima applicazione di successo su larga scala è arrivata sotto forma di vaccini COVID-19 durante il COVID-19 Pandemico.

Vedi anche

Riferimenti