L'mRNA

RNA messaggero

Il "ciclo vitale" di un mRNA in una cellula eucariote. L'RNA è trascritto nel nucleo cellulare; dopo essere stato completamente modificato viene trasportato nel citoplasma e tradotto da un ribosoma. Alla fine della sua vita l'mRNA viene degradato.

L'RNA messaggero (noto con l'abbreviazione di mRNA o con il termine più generico di trascritto) è un tipo di RNA che codifica e porta informazioni durante la trascrizione dal DNA ai siti della sintesi proteica, per essere sottoposto alla traduzione.

La breve vita di una molecola di mRNA comincia con la trascrizione e termina con la degradazione. Durante la sua vita una molecola di mRNA può anche essere esaminata, modificata e trasportata prima della traduzione. Le molecole di mRNA degli eucarioti spesso richiedono di essere verificate e trasportate, al contrario di quelle dei procarioti.

Durante la trascrizione, la RNA polimerasi "copia" l'informazione contenuta in un gene sul DNA in una molecola di mRNA. Questo processo è simile nei procarioti e negli eucarioti. Una differenza notevole, invece, è che l'RNA polimerasi degli eucarioti si associa con gli enzimi di verifica dell'mRNA durante la trascrizione, in modo da far procedere velocemente la modificazione dopo l'inizio della trascrizione. Il prodotto non modificato o parzialmente modificato è chiamato pre-mRNA, che una volta modificato prende il nome di RNA maturo.

La maturazione dell'mRNA differisce molto tra gli eucarioti ed i procarioti. L'mRNA procariotico è già maturo dopo la trascrizione e non richiede di essere controllato. Il pre-RNA eucariotico invece richiede una lunga verifica.

La maturazione dell'mRNA è una serie di processi chimici che trasformano una molecola di pre-mRNA  in mRNA.

Le tappe della maturazione sono;

Splicing

Capping

Poliadenilazione

Molecole di snRNA prendono parte alla maturazione.

Per approfondire, vedi RNA editing.

L'editing è la modifica della composizione nucleotidica dell'mRNA. Un esempio nell'uomo l'mRNA della apolipoproteina B viene modificato in alcuni tessuti ma non in altri. L'editing crea un codone di stop prematuro, che sottoposto a traduzione produce una proteina più corta.

Un'altra differenza tra procarioti ed eucarioti è il trasporto dell'mRNA. Poiché negli eucarioti trascrizione e sintesi proteica avvengono in compartimenti separati, l'mRNA eucariotico deve essere trasportato dal nucleo cellulare al citoplasma. Gli mRNA maturi vengono riconosciuti mediante le loro modificazioni e poi esportati tramite il poro nucleare, trasporto mediato da proteine tra cui NXF1.

Poiché l'mRNA procariotico non necessita di essere trasportato, la sintesi proteica (avviene nel citoplasma, operata dai ribosomi) può iniziare immediatamente dopo l'inizio della trascrizione. Quindi si può dire che la traduzione procariotica è accoppiata alla trascrizione ed avviene co-trascrizionalmente.

L'mRNA eucariotico che è stato modificato e trasportato al citoplasma (detto a questo punto RNA maturo), può poi essere tradotto dal ribosoma. La traduzione può avvenire in ribosomi liberi nel citoplasma oppure nel reticolo endoplasmatico mediante una signal recognition particle. Quindi, diversamente dai procarioti, la traduzione negli eucarioti non è direttamente accoppiata alla trascrizione.

Dopo un certo lasso di tempo il messaggio si degrada nei suoi componenti nucleotidici, di solito con l'assistenza dell'mRNasi. Grazie al controllo che subisce, l'mRNA eucariotico è generalmente più stabile di quello procariotico. Per essere degradato, l'mRNA eucariotico, necessita di fattori che lo destabilizzino: tra questi fattori destabilizzanti troviamo gli elementi ARE e gli elementi IREs.Questi elementi si attivano quando si dissociano dalle proteine alle quali sono legati, attivando anche endonucleasi che catalizzano la degradazione dell'mRNA.

La struttura di un mRNA eucariotico maturo. Un mRNA completamente modificato include un cappuccio 5', un 5' UTR, una regione codificante, un 3' UTR ed una coda poli-A.

Rivestimento in 5'

Per approfondire, vedi Rivestimento in 5'.

Un cappuccio 5', chiamato anche cappuccio RNA 7-metilguanosina (o RNA7G), è un nucleotide guaninico modificato che viene aggiunto all'estremità frontale (5' terminale) dell'RNA messaggero appena dopo l'inizio della trascrizione. Consiste in un residuo terminale di 7-metilguanosina legato tramite un legame 5'-5'-trifosfato al primo nucleotide trascritto. La sua presenza è importante per il riconoscimento da parte del ribosoma e la protezione dall'RNasi.

L'aggiunta del cappuccio è contemporanea alla trascrizione. Appena dopo l'inizio della trascrizione, il 5' terminale sintetizzato è legato tramite un complesso per la sintesi del cappuccio associato con l'RNA polimerasi. Questo complesso enzimatico catalizza le reazioni chimiche necessarie. La sintesi procede come una reazione biochimica multi-step:

Viene tagliato il trifosfato del 5' terminale dell'RNA appena sintetizzato. L'enzima fosfoidrolasi taglia i legami γ fosfodiesteri lasciando i fosfati in posizione α e β.

L'enzima guanililtrasferasi trasferisce una guanina ed il suo α fosfato sul β fosfato del 5' terminale dell'RNA, producendo un legame 5'-5'-trifosfato.

La posizione dell'azoto-7 (N-7) viene metilata (guaninmetilazione) dall'enzima mRNA (guanina-N7-)-metiltransferasi.

La mRNA (nucleoside-2'-O-)-metiltransferasi metila la posizione 2' dello zucchero ribosio. Questo gruppo metile contribuisce alla stabilità dell'RNA, grazie alla protezione da un taglio reso possibile da un attacco nucleofilo del vicino idrogeno.

Durante la trascrizione, il DNA a doppio filamento produce mRNA a partire dal cosiddetto filamento senso; l'altro filamento, complementare, è detto antisenso. Con il termine mRNA antisenso, si intende un RNA complementare in sequenza con uno o più mRNA. In alcuni organismi, la presenza di un mRNA anti-senso può inibire l'espressione genetica attraverso l'appaiamento con gli specifici mRNA. Nella ricerca biochimica, questo effetto è stato usato per studiare il funzionamento dei geni, semplicemente inibendo il cromosoma studiato aggiungendo il suo mRNA anti-senso. Tali studi sono stati compiuti sul nematode Caenorhabditis elegans ed il batterio Escherichia coli.