The role of long non-coding RNAs in pathophysiological conditions of skeletal muscle

Background. La classe di trascritti composta dai long non coding RNA (lncRNA) sta acquisendo una crescente importanza a causa dei molteplici ruoli che alcune di queste molecole hanno dimostrato di avere in vari processi biologici. Sfortunatamente, la funzione della maggior parte di questi RNA rimane al momento sconosciuta. I lncRNA sono coinvolti in diversi meccanismi epigenetici di regolazione genica, dal rimodellamento della cromatina alla regolazione post-trascrizionale. Dal momento che la loro funzione è legata alla loro espressione e localizzazione subcellulare, usare un approccio genome-wide per determinare la localizzazione di lncRNA potrebbe migliorare notevolmente la nostra comprensione del loro ruolo nella fisiopatologia del muscolo scheletrico. Risultati. Per studiare la localizzazione subcellulare dei lncRNA in singole fibre del muscolo scheletrico abbiamo estratto RNA nucleare e citoplasmatico per analizzarlo mediante la tecnica microarray. Abbiamo identificato 481 lncRNA che localizzano preferenzialmente nel nucleo, 655 nel citoplasma e 297 che localizzano in diversi compartimenti a seconda dell'isoforma scelta o del tipo di muscolo analizzato. La localizzazione subcellulare identificata via microarray è stata validata, per 6 lncRNA, mediante Fluorescent In Situ Hybridization (FISH). Questi esperimenti hanno confermato la localizzazione subcellulare precedentemente identificata con l’analisi microarray. Successivamente abbiamo scelto 32 lncRNA di cui abbiamo studiato il profilo di espressione in diversi tessuti. Di questo gruppo, 24 risultano essere espressi preferenzialmente nel muscolo scheletrico, 5 nel cuore, e 2 nel fegato. Il muscolo scheletrico può essere caratterizzato come veloce o lento a seconda della velocità di contrazione, questa caratteristica è dovuta alla presenza di fibre muscolari che sfruttano un metabolismo ossidativo (contrazione lenta) o glicolitico (contrazione veloce). Per questo motivo, abbiamo analizzato l’espressione degli stessi 32 lncRNA in singole miofibre veloci e lente. Grazie a questa analisi abbiamo evidenziato 9 lncRNA che hanno un’espressione fibra-specifica e sono possibilmente legati al metabolismo. Per identificare lncRNA coinvolti nell'atrofia del muscolo scheletrico abbiamo studiato la loro espressione nel durante denervazione e denutrizione. In aggiunta abbiamo analizzato la loro espressione in un modello murino di sclerosi laterale amiotrofica (ALS). Abbiamo poi analizzato l'espressione degli stessi lncRNA in colture di mioblasti C2C12, in RNA estratto differenzialmente da nucleo e citoplasma. Abbiamo individuato 20 lncRNA differenzialmente espressi durante il differenziamento miogenico. Conclusioni. Abbiamo individuato la localizzazione subcellulare di diversi lncRNA nel muscolo scheletrico, evidenziando la loro espressione preferenziale in questo tessuto e individuando in che tipo di fibra sono più espressi. Inoltre, abbiamo evidenziato che l’espressione di molti lncRNA muscolari è alterata durante il differenziamento dei mioblasti e durante l’atrofia indotta da diversi modelli. Infine, abbiamo evidenziato che la localizzazione del lncRNA Pvt1 cambia da citoplasma a nucleo durante il differenziamento dei mioblasti in vitro.