Il nostro materiale genetico è codificato nel DNA (acido desossiribonucleico). Il DNA è famoso. Ma potresti anche aver sentito parlare di RNA (acido ribonucleico). Allora, cos’è l’RNA e a cosa serve?

Molto, in realtà. In effetti, è possibile che la vita primitiva abbia usato l’RNA come materiale genetico e che abbia usato gli RNA ripiegati come strumenti chimici per sopravvivere. Questa è chiamata l’ipotesi del mondo RNA.

L’RNA è simile al DNA in molti modi. È una lunga catena di zuccheri legati insieme da gruppi fosfato. C’è una base ciclica attaccata ad ogni zucchero e le basi possono accoppiarsi con partner corrispondenti per fare una doppia elica.

Questo assomiglia al DNA ma l’elica è un po’ contorta e spesso gli RNA sono piegati in strutture complesse stabilizzate da brevi eliche intervallate da lunghe anse a filamento singolo.

La differenza davvero importante è che l’RNA ha un atomo di ossigeno in più. Questo rende l’RNA meno stabile del DNA.

Si potrebbe pensare che essere instabile sia una cosa negativa, ma ci sono dei vantaggi. Gli organismi che devono cambiare rapidamente tendono a usare l’RNA come materiale genetico. I virus, come l’influenza e l’HIV, scelgono l’RNA piuttosto che l’alternativa più stabile del DNA per poter cambiare e stare un passo avanti al sistema immunitario dei loro ospiti.

Molti fattori contribuiscono agli alti tassi di mutazione nei virus RNA, compresa l’instabilità dell’RNA e la scarsa attività di lettura delle prove negli enzimi che replicano l’RNA.

Servizio messaggero

Oltre a servire come materiale genetico, l’RNA ha un’altra funzione critica in quasi tutti gli organismi: funge da messaggero; un intermedio di breve durata che comunica le informazioni contenute nei nostri geni al resto della cellula.

Molti geni devono essere attivati a raffica. Pensate a un tifoso di calcio che grida in un punto chiave della partita: non vogliamo che il messaggio duri per sempre.

I geni durano una vita, quindi come facciamo a fornire messaggi di breve durata?

Facciamo copie RNA dei nostri geni del DNA. I messaggi, o mRNA, riflettono la sequenza di basi nel nostro DNA e viaggiano fuori dal nucleo (dove il nostro DNA è memorizzato) nel citoplasma dove vengono tradotti in proteine. Le proteine vanno a svolgere lavori nella cellula e gli mRNA instabili semplicemente decadono o vengono degradati.

Così l’RNA può agire come un messaggero nel processo di assicurare che i geni siano tradotti in proteine – gli strumenti della cellula, cose come l’emoglobina per portare l’ossigeno nel corpo.

Ma come avviene questa misteriosa traduzione? Si basa su strumenti chimici come le proteine?

Certo che sì, ma sembra che le proteine non siano gli attori principali. È un fatto notevole che gli attori veramente importanti nell’innescare le reazioni chimiche per produrre catene proteiche dal codice mRNA non sono altre proteine, ma molecole di RNA appositamente piegate – enzimi RNA o ribozimi.

Il macchinario per leggere una proteina da un RNA messaggero è contenuto in un complesso enzima RNA e le parti funzionali sono molecole di RNA chiamate RNA ribosomiali o rRNA.

Sicurezza delle informazioni

Come mai l’RNA può innescare reazioni chimiche ma il DNA non sembra farlo? In parte è l’ossigeno extra e in parte la capacità speciale che ha l’RNA di piegarsi in forme complesse per formare strumenti che possono fare cose, mentre la doppia elica è regolare e stabile. La doppia elica del DNA trattiene le informazioni in modo sicuro ma non fa molto altro.

Nel 1989 Sidney Altman e Thomas Cech hanno condiviso il premio Nobel per la chimica per aver dimostrato che gli RNA possono catalizzare reazioni chimiche.

Potreste chiedervi come una catena di zuccheri e basi come l’mRNA possa servire da modello per formare una catena proteica. La risposta è complicata, ma coinvolge alcuni adattatori intelligenti. Sorprendentemente, questi adattatori sono anche fatti di RNA, sono chiamati RNA di trasferimento o tRNA. Usano le loro basi cicliche per accoppiarsi alle loro immagini speculari nell’mRNA e allineare gli amminoacidi giusti per fare la proteina, mentre l’rRNA innesca la reazione per fare l’unione.

La scoperta che funzioni assolutamente essenziali come codificare l’informazione, avere un messaggero di breve durata per esprimerla, e convertirla in un insieme di strumenti proteici funzionali, coinvolgono tutte l’RNA ha portato le persone a ipotizzare che la vita primitiva fosse fatta di RNA.

All’inizio l’RNA forse faceva tutto. Ma poi gradualmente il DNA è subentrato come materiale genetico più stabile e le proteine sono subentrate come strumenti chimici più stabili. E l’RNA è stato gradualmente dimenticato da alcuni ricercatori, almeno fino a poco tempo fa.

Futuro dell’RNA

Nel 1998, i biologi americani Andy Fire e Craig Mello hanno scoperto l’inibizione dell’RNA – come l’RNA può spegnere i geni.

Ora sappiamo che una nuova classe di piccoli RNA inibitori (siRNA che sono lunghi circa 20 residui), regolano l’output degli RNA messaggeri. Come menzionato, l’RNA può formare doppi filamenti – questo permette agli siRNA di legare gli RNA messaggeri e interferire con la loro funzione.

Questi RNA interferenti sono essenzialmente inibitori “digitali” che sono immagini speculari base per base dell’RNA messaggero. Quindi ora è possibile fare inibitori artificiali. Così è nata una nuova industria mentre i ricercatori si sforzano di spegnere i geni per scopi sperimentali e i ricercatori medici studiano se questo può essere usato per le terapie, come spegnere i virus o altri geni dannosi.

C’è stata anche un’altra interessante scoperta – i ricercatori hanno scoperto che anche se solo una piccola parte del nostro genoma codifica le proteine, circa il 2%, una parte molto più grande è ancora copiata in RNA.

La funzione di molti di questi lunghi RNA non codificanti proteine, chiamati lncRNA, è ancora in fase di studio, ma sembra che alcuni agiscano per catalizzare reazioni chimiche e che altri siano coinvolti nell’accendere o spegnere i geni legando gli RNA messaggeri o legandosi direttamente ai geni del DNA che corrispondono.

Se il mondo è iniziato con l’RNA allora non è davvero sorprendente che rimangano echi di quel mondo RNA e che gli RNA siano ancora coinvolti in processi vitali chiave e siano fondamentalmente importanti nella regolazione dei geni.

Nuove classi di molecole di RNA continueranno ad essere scoperte e sembra probabile che ulteriori intuizioni nella biologia fondamentale emergeranno da questo terreno fertile in futuro.