SINEUP long non-coding RNAs: struttura e funzione

I ricercatori di Human Technopole e RIKEN hanno identificato brevi motivi strutturali conservati all’interno di RNA trascritti da SINE naturali che potenziano la trascrizione degli mRNA bersaglio, gettando così nuova luce sulla modalità di funzionamento dei SINEUP.

Gli RNA lunghi non codificanti (lncRNA) sono una classe eterogenea di RNA sintetici o naturali – solitamente più lunghi di 200 nucleotidi – che non vengono tradotti in proteine. I geni per gli lncRNA rappresentano una frazione significativa del genoma umano. Gli lncRNA possono interagire con mRNA, DNA e proteine per regolare l’espressione genica a più livelli e sono stati coinvolti in diversi processi fisiopatologici, tra cui lo sviluppo neurale, i disturbi immunitari e neurologici e il cancro. Pertanto, il targeting degli lncRNA potrebbe diventare fondamentale per il trattamento di diverse malattie. I SINEUP costituiscono una categoria recentemente identificata di lncRNA che regolano in modo specifico la traduzione di mRNA bersaglio. I SINEUP hanno una struttura modulare: un dominio di legame (Binding Domain, BD) nella regione 5′ che si lega testa a testa al 5′ dell’mRNA bersaglio e un dominio effettore (Effector Domain, ED) contenente uno short interspersed nuclear element (SINE). I SINE, noti anche come retrotrasposoni, sono sequenze di DNA in grado di copiare e incollare se stessi in altre regioni del genoma attraverso un intermedio di RNA. I SINE possono funzionare come RNA enhancer (o intensificatori), con il BD dei SINEUP che conferisce specificità all’mRNA bersaglio e l’ED che potenzia la traduzione dell’mRNA.

La struttura dell’RNA è stata precedentemente collegata alla sua regolazione, ma poco si sa su come la struttura dei SINE detti la loro funzione. Piero Carninci – responsabile del Centro di Genomica di Human Technopole (Programma di Genomica Funzionale) e Team Leader del RIKEN Center for Integrative Medical Sciences – e Hazuki Takahashi – ricercatrice del RIKEN – hanno affrontato questo problema eseguendo uno screening funzionale degli elementi SINEB2 dei SINEUP naturalmente presenti nel topo e nell’uomo. I risultati della ricerca sono ora pubblicati su Nature Comminications.

In primo luogo, il team ha analizzato la sequenza primaria e la struttura secondaria dei SINE nei loro ambienti nativi come il nucleo e il citoplasma delle cellule. In secondo luogo, Carninci e Takahashi hanno studiato l’impatto delle modifiche dell’RNA sulla struttura dei SINE che, a loro volta, influenzano la stabilità, la flessibilità e la funzione dell’RNA. In terzo luogo, hanno esaminato se e come la localizzazione subcellulare modula il legame di una specifica struttura SINE alle RNA Binding Proteins (RBP) per promuoverne la funzione.

Utilizzando un approccio biochimico in vivo, i ricercatori hanno ottenuto modelli bidimensionali (2D) delle strutture secondarie di SINE in vivo. Nonostante le differenze nella sequenza primaria, tutti gli RNA SINE esaminati contenevano motivi strutturali conservati, essenziali per sostenere la loro funzione di enhancer e stabilizzati da modificazioni delle basi dell’RNA. È interessante notare che la struttura di questi motivi conservati cambiava dinamicamente in base alla localizzazione subcellulare dei SINEUP, portando alla loro associazione diretta con array di RBP e RNA ribosomiale (rRNA) specifici per ogni compartimento cellulare. L’identificazione del legame diretto con l’rRNA è una scoperta cruciale, poiché potrebbe spiegare come i SINEUP aumentino la traduzione dell’mRNA. Infine, i dati sperimentali 2D sono stati utilizzati per prevedere la struttura 3D degli RNA trascritti da SINE. I modelli 3D hanno fornito informazioni sulle interazioni molecolari che stabilizzano la struttura dell’RNA SINE e sull’interazione con i suoi partner di legame.

In sintesi, il lavoro di Carninci e Takahashi ha dimostrato che i motivi strutturali conservati in RNA SINE evolutivamente distanti sono essenziali per la loro funzione di enhancer. “Complessivamente, i nostri dati rappresentano un passo avanti fondamentale per colmare il vuoto nell’analisi strutturale e funzionale dell’RNA trascritto dai SINE e faciliteranno gli studi futuri volti a risolvere la modalità di funzionamento dei SINEUP e i complessi biomolecolari coinvolti” affermano gli autori.

Sharma, H., Valentine, M.N.Z., Toki, N. et al. Decryption of sequence, structure, and functional features of SINE repeat elements in SINEUP non-coding RNA-mediated post-transcriptional gene regulation. Nat Commun 15, 1400 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-45517-3