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microRNA: nuova comprensione del meccanismo d'azione nelle infezioni virali e del suo significato

COVID-19microRNA: nuova comprensione del meccanismo d'azione nelle infezioni virali e del suo significato

I microRNA o in breve miRNA (da non confondere con mRNA o RNA messaggero) sono stati scoperti nel 1993 e sono stati ampiamente studiati negli ultimi due decenni circa per il loro ruolo nella regolazione dell'espressione genica. i miRNA sono espressi in modo differenziale in varie cellule e tessuti del corpo. Recenti ricerche degli scienziati della Queen's University di Belfast hanno svelato il ruolo meccanicistico dei miRNA nella regolazione del sistema immunitario quando le cellule del corpo sono attaccate dai virus. Questi risultati porteranno a una migliore comprensione della malattia e del loro sfruttamento come bersagli per nuovi sviluppi terapeutici.  

I microRNA o miRNA hanno guadagnato popolarità negli ultimi due decenni per il loro ruolo nei processi post-trascrizionali come la differenziazione, l'omeostasi metabolica, la proliferazione e l'apoptosi (1-5). I miRNA sono piccole sequenze di RNA a singolo filamento che non codificano per alcuna proteina. Sono derivati ​​da precursori più grandi, che sono RNA a doppio filamento. La biogenesi del miRNA inizia nel nucleo della cellula e comporta la generazione di trascritti primari di miRNA da RNA polimerasi II seguita dal taglio del trascritto primario per rilasciare la forcina pre-miRNA da parte di un complesso enzimatico. Il miRNA primario viene quindi esportato nel citoplasma dove agisce sul DICER (un complesso proteico che scinde ulteriormente il pre-miRNA), producendo così il miRNA maturo a singolo filamento. Il miRNA maturo si integra come parte del complesso di silenziamento indotto dall'RNA (RISC) e induce il silenziamento genico post-trascrizionale fissando il RISC alle regioni complementari, che si trovano all'interno delle regioni 3' non tradotte (UTR), negli mRNA bersaglio. 

La storia inizia nel 1993 con la scoperta dei miRNA in C. elegans da Lee e dai suoi colleghi (6). È stato osservato che la proteina LIN-14 era sottoregolata da un altro gene trascritto chiamato lin-4 e questa sottoregolazione era necessaria per lo sviluppo larvale in C. elegans nel passare dalla fase L1 alla L2. Il lin-4 trascritto ha provocato la sottoregolazione dell'espressione di LIN-14 tramite il legame complementare alla regione 3'UTR dell'mRNA di lin-4, con piccole modifiche ai livelli di mRNA di lin-4. Inizialmente si pensava che questo fenomeno fosse esclusivo e specifico di C. elegans, fino al 2000 circa, quando furono scoperti in altre specie animali (7). Da allora, c'è stato un diluvio di articoli di ricerca che descrivono la scoperta e l'esistenza di miRNA sia nelle piante che negli animali. Finora sono stati scoperti oltre 25000 miRNA e per molti il ​​ruolo esatto che svolgono nella biologia dell'organismo rimane ancora sfuggente. 

miRNA esercitano i loro effetti reprimendo post-trascrizionale gli mRNA legandosi a siti complementari nelle 3' UTR dell'mRNA che controllano. Una forte complementarità destina l'mRNA alla degradazione mentre una debole complementarità non provoca alcun cambiamento nei livelli di mRNA ma provoca l'inibizione della traduzione. Sebbene il ruolo principale dei miRNA risieda nella repressione trascrizionale, in rari casi agiscono anche come attivatori (8). i miRNA svolgono un ruolo indispensabile nello sviluppo dell'organismo regolando i geni e i prodotti genici dallo stato embrionale allo sviluppo di organi e sistemi di organi (9-11). Oltre al loro ruolo nel mantenimento dell'omeostasi cellulare, i miRNA sono stati anche implicati in varie malattie come il cancro (i miRNA agiscono sia come attivatori che come repressori di geni), disturbi neurodegenerativi e malattie cardiovascolari. Comprendere e chiarire il loro ruolo in varie malattie può portare alla scoperta di nuovi biomarcatori con concomitanti nuovi approcci terapeutici per la prevenzione delle malattie. I miRNA svolgono anche un ruolo critico nello sviluppo e nella patogenesi delle infezioni causate da microrganismi come batteri e virus, regolando i geni del sistema immunitario per attivare una risposta efficace alla malattia. In caso di infezioni virali, gli interferoni di tipo I (IFN alfa e IFN beta) vengono rilasciati come citochine antivirali che a loro volta modulano il sistema immunitario per innescare una risposta combattiva (12). La produzione di interferoni è strettamente regolata sia a livello di trascrizione che di traduzione e gioca un ruolo fondamentale nel determinare la risposta antivirale dell'ospite. Tuttavia, i virus si sono evoluti sufficientemente per ingannare le cellule ospiti nella soppressione di questa risposta immunitaria, fornendo vantaggio al virus per la sua replicazione e quindi aggravando i sintomi della malattia (12, 13). Lo stretto controllo dell'interazione tra la produzione di IFN da parte dell'ospite al momento dell'infezione virale e la sua soppressione da parte del virus infettante determina l'estensione e la durata della malattia causata dal suddetto virus in questione. Sebbene il controllo trascrizionale della produzione di IFN e dei relativi geni stimolati da IFN (ISG) sia ben consolidato (14), il meccanismo di controllo traslazionale è rimasto ancora sfuggente (15)

Il recente studio condotto da ricercatori della McGill University, Canada e del Università del Queens, Belfast fornisce una comprensione meccanicistica del controllo traslazionale di IFN produzione che evidenzia il ruolo della proteina 4EHP nella soppressione della produzione di IFN-beta e del coinvolgimento di miRNA, miR-34a. 4EHP sottoregola la produzione di IFN modulando il silenziamento traduzionale indotto da miR-34a dell'mRNA di Ifnb1. L'infezione da virus a RNA e l'induzione di IFN beta aumentano i livelli di miR-34a miRNA, innescando un ciclo regolatorio a feedback negativo che reprime l'espressione di IFN beta tramite 4EHP (16). Questo studio è di grande importanza sulla scia dell'attuale pandemia causata COVID-19 (un'infezione causata da un virus a RNA) in quanto aiuterà a comprendere ulteriormente la malattia e porterà a nuovi modi per affrontare l'infezione modulando i livelli di miR-34a miRNA utilizzando attivatori/inibitori di design e testandoli in studi clinici per suoi effetti sulla risposta all'IFN. Ci sono state segnalazioni di studi clinici che utilizzano la terapia con IFN beta (17) e questo studio aiuterà a svelare i meccanismi molecolari evidenziando il ruolo dei miRNA nella regolazione intrinseca del meccanismo traslazionale dell'ospite per mantenere un ambiente omeostatico. 

Indagini e ricerche future su questi e altri miRNA noti ed emergenti, insieme all'integrazione di questi risultati con dati genomici, trascrittomici e/o proteomici, non solo miglioreranno la nostra comprensione meccanicistica delle interazioni cellulari e della malattia, ma porteranno anche a nuovi miRNA terapie basate sfruttando i miRNA come actimir (utilizzando miRNA come attivatori per la sostituzione di miRNA che sono stati mutati o cancellati) e antagomir (utilizzando miRNA come antagonisti in caso di sovraregolazione anormale di detto mRNA) per malattie umane e animali prevalenti ed emergenti.  

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Referenze  

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Rajeev Soni
Rajeev Sonihttps://www.RajeevSoni.org/
Il dottor Rajeev Soni (ID ORCID: 0000-0001-7126-5864) ha un dottorato di ricerca. in Biotecnologie presso l'Università di Cambridge, Regno Unito e ha 25 anni di esperienza lavorando in tutto il mondo in vari istituti e multinazionali come The Scripps Research Institute, Novartis, Novozymes, Ranbaxy, Biocon, Biomerieux e come ricercatore principale con US Naval Research Lab nella scoperta di farmaci, nella diagnostica molecolare, nell'espressione proteica, nella produzione biologica e nello sviluppo del business.

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