Lo splicing alternativo

10 anni fa

5 minuti

Salve a tutti, dopo aver letto l’interessantissimo articolo di @clostridium sul DNA Spazzatura, mi è stato consigliato dall’autore stesso del suddetto articolo di scriverne uno sullo splicing alternativo, uno dei fenomeni che più mi affascina perché è tanto semplice quanto geniale.

Per inquadrare meglio l’argomento è necessario spiegare che una rilevante parte del DNA non codificante è contenuto in particolari sequenze definite introni (proprio perché si trovano in mezzo alla sequenza codificante) le quali vengono rimosse durante il processo di maturazione del DNA con un processo definito appunto splicing.

[more]Queste sequenze sono state scoperte nei geni degli organismi eucarioti tramite un esperimento di ibridazione: si è presa una porzione di DNA di cui si conosceva il trascritto genico (ossia la relativa proteina) direttamente da un cromosoma e il rispettivo DNA messaggero maturo (ossia la copia speculare di questo, che andrà poi a sintetizzare la proteina di interesse); in maniera autonoma questi filamenti si appaiano in quella che viene chiamata struttura eteroduplex ossia una struttura a doppia elica composta però da DNA di provenienza diversa. Questa particolare struttura ha mostrato la presenza di porzioni di DNA che non si appaiavano al corrispettivo filamento, indicando così le regioni non codificanti (presenti solo nel DNA non maturo) e che non trovano quindi una corrispondenza nella sequenza del DNA messaggero.

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È inoltre necessario precisare che il codice genetico con cui è scritto il DNA è composto da 4 basi azotate (Adenina, Guanina, Timina e Citosina) le quali vengono lette a triplette, ossia tre alla volta, generando quindi un preciso frame di lettura del codice. Ad ogni tripletta corrisponde uno e un solo amminoacido, che verrà collocato nella giusta posizione al momento della sintesi proteica sul ribosoma.

[more]Se è vero che ad ogni tripletta corrisponde un solo amminoacido, non è però vero il ragionamento opposto: ossia un amminoacido può essere codificato da più di una tripletta di basi azotate. Il ragionamento è anche presto fatto confrontando i numeri degli amminoacidi e quelli delle possibili combinazioni di basi azotate. Gli amminoacidi fondamentali utilizzati per la sintesi proteica sono 20, mentre le basi azotate sono $latex 4^3$ (per i matematici: disposizioni con ripetizione di 4 elementi di classe 3) quindi 64 possibili triplette. Esistono delle tabelle con le relative corrispondenze tripletta-amminoacido, e osservandole è possibile notare che si va dal caso in cui c’è un’unica tripletta che codifica un singolo amminoacido (ad esempio per Metionina e Triptofano) fino alla situazione in cui 6 diverse triplette codificano lo stesso aminoacido (esmpio la Leucina).[/more]

È qui che entra in gioco lo splicing alternativo, il cui funzionamento si basa sulla possibilità di rimuovere sequenze diverse o di diversa lunghezza dallo stesso tratto di DNA, creando così la possibilità di ottenere diversi prodotti proteici dallo stesso gene.

Consideriamo ad esempio la seguente sequenza di DNA non ancora maturo (in cui indichiamo solo le basi azotate con le relative lettere di riferimento e scritto già con il corretto frame di lettura delle triplette): ATA – CAG – ATG -ACC – TGC – TTA e immaginiamo che durante il processo di maturazione venga excisa la regione dalla quarta alla nona base, ottenendo così il seguente DNA maturo: ATA – ACC – TGC – TTA.

Se per esempio durante il processo di maturazione fosse stata eliminata solo la regione dalla quarta alla sesta base azotata, avremmo ottenuto una sequenza con una tripletta in più, quindi un prodotto proteico con un amminoacido in più! Ovviamente le sequenze che vengono rimosse durante il processo di maturazione sono molto più lunghe, ma anche un solo amminoacido può essere rilevante: ad esempio poteva essere quell’amminoacido che conferiva un particolare ripiegamento (uno “snodo”) alla struttura tridimensionale della proteina, alterandone così la funzionalità.

Nella maggior parte dei casi però vengono semplicemente excisi introni con combinazioni diverse, in modo tale da ottenere proteine diverse, ma con una base comune (ad esempio la proteina compie la stessa funzione, ma in base allo splicing ha recettori diversi e/o agisce su target differenti).

Ma non finisce qui: se venisse excisa una sequenza formata da un numero di basi che non è multiplo di 3, accade una cosa non molto simpatica, ossia viene alterato il frame di lettura. Immaginando di rimuovere 2 basi alla nostra sequenza, precisamente la quarta e la quinta, il prodotto sarà il seguente: ATA – GAT – GAC – CTG – CTT – A… Questo in realtà è un bel problema, perché solitamente l’alterazione del frame di lettura genera un prodotto non funzionale, ma questa non è una regola che vale sempre. L’alterazione del frame di lettura è infatti molto spesso correlata ad alcuni tipi di mutazioni (dette mutazioni puntiformi) e ricordiamo che le mutazioni stanno alla base della moderna teoria dell’evoluzione.

Si stima che circa il 60% dei geni del genoma umano subisca il processo di splicing alternativo, e l’uso di questa via è altamente regolato da un gruppo di proteine di cui non si conosce ancora esattamente il ruolo molecolare e la funzione.

Concludendo, possiamo ribadire il concetto che se la biosintesi e il mantenimento di questo DNA non codificante ha un certo biocosto, è vero anche che il vantaggio evolutivo che ne consegue lo ripaga pienamente. D’altra parte è il risultato di un processo accuratissimo di selezione, che dura ormai di diversi milioni di anni.

Mi permetto di spendere due parole su di me: sono serch e frequento la Lega da un annetto circa. Questo è il mio primo articolo, spero vi possa interessare e non sia troppo pesante da leggere. Sono stato promosso autore di recente, per gentile intercessione di clostridium, il quale mi ha consigliato di scrivere il seguente articolo, e che ringrazio davvero molto.

Fonti: Studi, conoscenze personali e alcuni appunti di Biologia Molecolare.

Link: ovviamente wikipedia fornisce una spiegazione ancora più dettagliata dell’argomento.

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