Skip to main content

Understanding mechanisms and functions of miRNA oscillations during development

Article Category

Article available in the folowing languages:

Ticchettio molecolare dello sviluppo

Vari processi biologici, tra cui lo sviluppo, rivelano un andamento ritmico. Oggi, alcuni ricercatori dimostrano che gli RNA regolatori oscillano e sono coinvolti nel ritmo evolutivo.

Ricerca di base
Salute

Uno sviluppo fedele degli organismi richiede l’attivazione e la disattivazione dei geni appropriati, al momento e nel posto giusto. Ciò necessita di un’attenta orchestrazione molecolare e temporale dell’espressione genica. In molti sistemi, gli oscillatori (o orologi) molecolari sono importanti per il controllo di queste dinamiche. In genere, si basano su reti di fattori di trascrizione e proteine di segnalazione che controllano, su base ritmica, i livelli di espressione di migliaia di geni bersaglio attraverso i meccanismi trascrizionali.

Espressione dei miRNA durante lo sviluppo

Sono noti anche altri meccanismi di regolazione dell’espressione genica, definiti post-trascrizionali, che avvengono al livello dell’RNA e possono influire sulla sua stabilità e/o sui suoi livelli. In particolare, i microRNA, o miRNA in breve, non codificanti sono piccoli RNA regolatori in grado di silenziare gli mRNA dopo la loro produzione, modulando così l’attività genica. Il progetto miRhythm è stato intrapreso con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie (MSCA). «L’obiettivo principale è stato quello di studiare le potenziali oscillazioni delle molecole di miRNA durante lo sviluppo quali cause dei modelli dinamici di espressione genica», spiega la borsista MSCA Smita Nahar. Lavori precedenti, svolti per lo più sulle cellule coltivate, mostravano i miRNA come molecole piuttosto stabili, la cui abbondanza si presentava poco variabile nel tempo. Tuttavia, quando Nahar e i suoi colleghi hanno approfondito le dinamiche dei miRNA nelle larve in via di sviluppo del nematode Caenorhabditis elegans, hanno potuto osservare variazioni altamente dinamiche, tra cui miRNA che si accumulavano ritmicamente ogni 8 ore. «Eravamo curiosi di capire come si generassero queste dinamiche e cosa potessero significare sotto il profilo biologico», sottolinea Nahar. I ricercatori, avvalendosi della modellizzazione matematica, hanno individuato vari miRNA che presentavano modelli di espressione altamente dinamici. Per esplorare le caratteristiche all’origine di questi modelli di espressione e le conseguenze di una loro alterazione, il team ha proceduto con l’eliminazione dei miRNA o con la loro espressione da un diverso promotore non oscillante. Tutto ciò adottando approcci all’avanguardia di editing del genoma e di imaging quantitativo in time-lapse. Inoltre, è stata posta una particolare attenzione sull’esito dell’attività disturbata dei miRNA e su come questa influisca sullo sviluppo degli organismi.

Regolazione dinamica dei miRNA

I risultati hanno indicato che i miRNA stessi sono sottoposti alla regolazione sia trascrizionale che post-trascrizionale che, in combinazione, generano i modelli altamente dinamici osservati nel corso dello sviluppo. La valutazione quantitativa dei tempi di sviluppo ha consentito inoltre al team di approfondire il ruolo dei miRNA espressi ritmicamente nell’andamento evolutivo. «Il risultato più entusiasmante è stato scoprire che in vivo, nell’animale in via di sviluppo, i livelli di miRNA erano altamente dinamici», sottolinea Nahar. «Questo suggerisce che in precedenza avevamo sottovalutato il loro potenziale di regolazione.» L’identificazione di miRNA i cui modelli di espressione non sono spiegabili con la sola trascrizione ha portato alla caratterizzazione degli elementi post-trascrizionali che contribuiscono alla loro espressione temporale. I passi successivi prevedono la definizione di questi meccanismi per apprezzarne la diversità. Di recente è emerso che le perturbazioni nei meccanismi che regolano l’andamento ritmico rappresentano una delle principali cause di problemi di salute a livello globale come l’obesità, le malattie cardiovascolari e quelle metaboliche del fegato. I risultati del progetto miRhythm sono quindi destinati a ripercuotersi ben oltre i processi di sviluppo. Comprendere i meccanismi molecolari con cui l’espressione genica oscillatoria media il controllo temporale in un organismo è fondamentale per la gestione di tali perturbazioni.

Parole chiave

miRhythm, miRNA, sviluppo, ritmo evolutivo, oscillazione, regolazione dell’espressione genica

Scopri altri articoli nello stesso settore di applicazione