La nuova tecnologia indica usi inaspettati per lo snoRNA

I ricercatori dell’Università di Chicago hanno recentemente sviluppato un nuovo approccio per identificare nuovi bersagli di RNA cellulare degli snoRNA. Hanno scoperto migliaia di obiettivi precedentemente sconosciuti per gli snoRNA nelle cellule umane e nei tessuti cerebrali dei topi, compresi molti che svolgono funzioni diverse dalla guida delle modifiche degli rRNA. Alcune delle interazioni recentemente scoperte con l’RNA messaggero (mRNA) facilitano la secrezione proteica, un importante processo cellulare che potrebbe essere sfruttato per potenziali applicazioni terapeutiche e biotecnologiche.

“Una volta che si vedono così tanti obiettivi per questi snoRNA, ci si rende conto che c’è molto altro da capire”, ha affermato Chuan He, PhD, professore di chimica e professore di biochimica e biologia molecolare presso l’Università di Chicago e John T. Wilson. co-autore senior dell’articolo. “Abbiamo già visto che svolgono un ruolo nella secrezione proteica, che ha importanti implicazioni per la fisiologia, e suggerisce un percorso da seguire per studiare centinaia di altri snoRNA”.

L’articolo, “La secrezione proteica facilitata dallo SnoRNA rivelata dall’identificazione del bersaglio dello snoRNA a livello del trascrittoma”, è stato pubblicato nel novembre 2024 sulla rivista Cella.

Un collante molecolare per la secrezione proteica

Esistono più di 1.000 geni conosciuti per la codifica degli snoRNA nel genoma umano, ma gli scienziati hanno individuato solo gli obiettivi dell’RNA per circa 300 di essi. Questi obiettivi coinvolgono principalmente modifiche guidanti per l’RNA ribosomiale e il piccolo RNA nucleare coinvolto nello splicing dell’mRNA. Nei decenni trascorsi dalla scoperta degli snoRNA, i ricercatori hanno in gran parte lasciato da parte i restanti 700, supponendo che svolgessero funzioni simili. Tuttavia, a differenza di altre molecole di RNA guida come i microRNA che hanno tutte la stessa lunghezza, gli snoRNA variano notevolmente nella loro lunghezza da 50 a 250 residui, suggerendo che possono fare molte cose diverse.

Negli ultimi 12 anni, il laboratorio di He ha sviluppato diverse tecniche biochimiche e di sequenziamento per studiare la trascrizione, le modifiche del DNA e le modifiche dell’RNA. Nel nuovo studio, ha lavorato con il co-autore senior Tao Pan, PhD, professore di biochimica e biologia molecolare, per testare un nuovo strumento chiamato “snoKARR-seq” che collega gli snoRNA con i loro RNA leganti bersaglio. Bei Liu, PhD, uno studioso post-dottorato del Chicago Fellow che è co-mentorato da He e Pan, ha guidato il progetto.

“Il laboratorio di Chuan ha sviluppato questa tecnologia killer per esaminare esattamente con quale RNA interagisce ogni snoRNA a livello del trascrittoma”, ha detto Pan. “Ora c’è molto spazio aperto per comprendere in modo completo cosa sono questi 1.000 geni umani [that encode snoRNAs] stanno facendo.”

La maggior parte degli snoRNA appena scoperti non si sovrappongono ai siti di modificazione dell’RNA conosciuti, suggerendo che gli snoRNA potrebbero avere una funzione molto più ampia nelle cellule. Una scoperta inaspettata è stata la chiamata di uno snoRNA SNORA73 interagisce con gli mRNA che codificano per proteine ​​secrete e proteine ​​della membrana cellulare. La secrezione proteica è un processo biologico fondamentale mediante il quale le proteine ​​vengono trasportate da una cellula allo spazio extracellulare, che è cruciale per varie funzioni, inclusa la comunicazione tra cellule, le risposte immunitarie e la digestione. I ricercatori lo hanno visto SNORA73 agisce come una “colla molecolare” tra l’mRNA e il macchinario di sintesi proteica che aiuta a facilitare questo processo.

Ulteriori analisi su come SNORA73 si lega all’mRNA ha suggerito che le sequenze sintetiche di snoRNA possono essere progettate per influenzare la secrezione proteica. I ricercatori hanno testato questa ipotesi modificando un reporter della proteina fluorescente verde (GFP) con cui interagire SNORA73. I GFP vengono spesso introdotti nelle cellule per farle brillare in determinate condizioni in modo che gli scienziati possano vedere gli effetti degli esperimenti. Quando i ricercatori hanno espresso SNORA73 geni con la GFP ingegnerizzata che può essere secreta dalle cellule, ha aumentato la secrezione proteica del 30-50% rispetto ai controlli.

Questi esperimenti hanno dimostrato che è possibile utilizzare il meccanismo dello snoRNA per manipolare la secrezione di una determinata proteina, il che potrebbe essere utile per lo sviluppo di terapie. Ad esempio, se una malattia umana comporta una carenza di proteine ​​secrete, i bioingegneri potrebbero dirottare il sistema per fornire snoRNA artificiali per aumentare la secrezione di quella proteina.

“Il campo è apertissimo”

Sebbene la tecnologia per sintetizzare e fornire snoRNA nelle posizioni giuste non sia ancora del tutto pronta, sia He che Pan sono fiduciosi che queste sfide possano essere risolte poiché si basano su precedenti progressi tecnologici utilizzando altre forme di RNA. Ritengono inoltre che, poiché gli snoRNA sono specifici per i tipi di cellule, potrebbero avere funzioni molto più diverse – e possibilità terapeutiche – altrove.

“Pensate alle cellule neuronali, alle cellule staminali o alle cellule tumorali. Ci sono così tanti tipi di cellule che si possono studiare. Quindi, penso che il campo sia molto aperto”, ha detto. “Tao e io lavoriamo insieme da più di 15 anni, ed è una grande dimostrazione di collaborazione tra la Divisione di Scienze Biologiche e la Divisione di Scienze Fisiche dell’Università di Chicago. Questo articolo è un altro esempio di come questo tipo di collaborazione porti all’apertura di un nuovo campo di biologia.”

Altri autori dello studio includono Tong Wu, Bernadette A. Miao, Fei Ji, Shun Liu, Pingluan Wang, Yutao Zhao, Yuhao Zhong, Arunkumar Sundaram, Tie-Bo Zeng, Marta Majcherska-Agrawal e Robert J. Keenan di UChicago.