MicroRNAs: from biogenesis to post-transcriptional regulatory networks

La scoperta della regolazione post-trascrizionale dei miRNA ha aggiunto un nuovo livello alla regolazione genetica in numerosi processi biologici. Alterazioni nell’espressione dei miRNA possono giocare un importante ruolo nell’insorgenza di svariate patologie ed in particolare in molte neoplasie. Per ovviare alle limitazioni presenti nelle relazioni miRNA-mRNA degli algoritmi di predizione computazionali, è stata sviluppata una metodologia per l’integrazione dei profili d’espressione di miRNA e mRNA con le predizioni dei bersagli biologici dei miRNA, che ha permesso l’identificazione di reti regolative post-trascrizionali in diversi contesti biologici. Questa metodologia è stata inoltre implementata in un “web-tool”, soprannominato MAGIA. Per evidenziare l’importanza di alcuni elementi regolativi presenti nei circuiti biologici è stata applicata la teoria delle reti per l’identificazione di geni critici attraverso la loro de-attivazione nella rete. I frutti di queste analisi bioinformatiche, svolte nell’ambito di numerosi progetti, hanno rappresentato il punto di partenza per successivi studi sperimentali che hanno portato alla scoperta di rilevanti relazioni miRNA-target in specifici tumori. La biogenesi dei miRNA non è stata ancora completamente chiarita, perciò, integrando informazioni derivanti dalle sequenze genomiche e da dati d’espressione, sono stati approfonditi alcuni loro aspetti, quali la teoria di generazione dei miRNA maturi per selezione del filamento e la co-espressione dei miRNA intragenici e dei loro geni ospiti. Le suddette analisi hanno evidenziato che i miRNA generati dal 5’ ed il 3’, derivanti dallo stesso miRNA precursore, supportano solo parzialmente il modello classico della biogenesi dei miRNA, secondo il quale uno dei due miRNA maturi è scelto in modo deterministico e degradato. Entrambe le forme “major” e “minor”, infatti, possono contribuire insieme al silenziamento di gruppi diversi di geni bersaglio. La tendenza alla co-espressione tra i miRNA intragenici e i loro geni ospiti, inoltre, è stata confutata dall’analisi dei loro profili d’espressione, dimostrando che i profili d’espressione dei geni ospite non possono essere usati come stimatori dell’espressione dei miRNA per l’inferenza di reti regolative post-trascrizionali. Nell’ultimo anno, il sequenziamento massivo di brevi RNA è stato sfruttato per l’analisi approfondita di miRNA nelle neoplasie mieloproliferative. Attraverso questo approccio è stato possibile scoprire e caratterizzare numerosi brevi RNA, quali miRNA noti e nuovi, isomiRNA e i moRNA, che sono espressi nelle cellule SET2, linee cellulari con mutazione del gene JAK2. I moRNA (microRNA-offset RNA) derivano dalle sequenze dei precursori dei miRNA, probabilmente da un processo alternativo del nucleo e/o citoplasmatico, e sembrano essere conservati in varie specie. Il loro grado di conservazione è correlato con i livelli d’espressione e si potrebbe dedurre che siano prodotti insieme ai miRNA, ma rappresentando una classe funzionale distinta da essi. In conclusione, le nostre analisi sono state indirizzate a far luce sulla complessità della regolazione dei geni da parte dei miRNA, in particolare sull’importanza delle fasi post-trascrizionali della biogenesi dei miRNA ed il loro ruolo nella regolazione delle attività cellulari fisiologiche ed in diverse patologie.