Uno sguardo ai meccanismi della mente

Inside Neuroscience

11 gennaio 2008 - 5:28 am

Splicing

Tornato da una necessaria pausa, riprendo a scrivere parlando un po’ di splicing (e ovviamente faccio gli auguri di buon anno a tutti!).

Devo ammettere che i dettagli dei fenomeni di splicing esulano un po’ dalla mia confort zone, tuttavia ho deciso di scrivere questo post dopo aver letto questo interessante articolo pubblicato su PLoS Biology.
Exon Silencing by UAGG Motifs in Response to Neuronal Excitation – An P, Grabowski J
(ne approfitto per ricordare a tutti che tutti i giornali pubblicati da PLoS sono ad accesso completamente gratuito, e permettono di leggere articoli peer-reviewed di qualità molto alta senza dover pagare alcun abbonamento).

La maggior parte dei geni del nostro organismo possono generare diversi mRNA grazie al processo dello splicing alternativo, per cui lo stesso mRNA precursore viene tagliato in modo diverso da un complesso riboproteico (cioè formato da RNA e proteine) chiamato, con poca fantasia, spliceosoma. In questo modo dallo stesso gene si possono generare diversi mRNA e quindi diverse proteine che possono avere funzioni simili o essere usate per processi completamente diversi. Il cervello non fa certo eccezione, e anche a livello neuronale lo splicing alternativo gioca un ruolo molto importante.

L’articolo in questione è centrato sullo studio dello splicing alternativo del recettore NMDA, un recettore-canale che, in risposta al legame con uno dei principali neurotrasmettitori nel cervello, il glutammato, permette il passaggio di ioni Ca++. Moltissimi gruppi hanno studiato il recettore NMDA, dimostrando come esso sia implicato in moltissimi importanti processi cellulari; tanto per fare un esempio, esso è importante per l’apprendimento, la memoria ed in generale i fenomeni di plasticità neuronale. Lo splicing alternativo di questo recettore riguarda l’inclusione/esclusione dell’esone 21, chiamato anche esone CI della subunità NR1. Questo esone è importante per la localizzazione del recettore in membrana e quindi il controllo del processo di splicing deve essere strettamente regolato.

Gli autori dell’articolo iniziano mostrando che stimolando delle colture primarie di neuroni con KCl, che provoca una depolarizzazione e quindi un eccitamento elettrico di queste cellule, si può modulare lo splicing di questo mRNA.
Insomma, se normalmente c’è l’80% di una forma e il 20% dell’altra, stimolando le cellule si può arrivare ad avere 50% e 50%. Il fenomeno è reversibile eliminando il KCl e lasciando “riposare” le cellule per 24 ore. Questo fenomeno è specifico per i neuroni e, ad esempio, non avviene nelle cellule gliali presenti nelle stesse colture, oltre ad essere specifico solo per alcuni geni.

L’articolo prosegue con ingegnosi esperimenti di biologia molecolare per trovare quale siano le esatte sequenze che mediano l’effetto. Una volta determinate queste sequenze gli autori sono anche stati in grado di “trapiantarle” in un altro gene il cui splicing non viene normalmente modificato dall’eccitazione neuronale e mostrare che esso diventa sensibile al KCl.

Seguono poi vari studi farmacologici che essenzialmente tentano di spiegare il pathway biochimico sottostante a questo processo. Quello che hanno scoperto è che il processo è modulato dallo stesso recettore NMDA che quindi va a controllare il suo stesso splicing.

Questa ipotesi è ben supportata da molta altra letteratura e vari modelli secondo cui un neurone può rispondere ad una sovraeccitazione cronica diminuendo la sua potenza sinaptica, ovvero la sua capacità di ricevere inputs da altri neuroni. Insomma, il neurone viene stimolato eccessivamente e risponde diminuendo la sua responsività a tali stimoli.
Questo può essere visto come un sistema di protezione per le cellule da un’eccessiva stimolazione che, come è noto, può risultare in severi danni.

Il lavoro contiene molti altri interessanti esperimenti su cui non mi dilungherò, ma invito chiunque sia appassionato di biologia molecolare a spendere un po’ di tempo e leggere questo articolo, sicuramente lo troverete molto interessante!

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Tags: Biologia molecolare, Memoria, Mente, NMDA
  • Neuroscience - 11 gennaio 2008 # 1

    Questo è effettivamente un articolo molto interessante, dato che il gene di cui mi occupo ha proprio uno splicing alternativo il cui ruolo non è del tutto chiaro.
    Interessante soprattutto perché circa il 50% di tutti i geni espressi nel Sistema Nervoso Centrale ha uno splicing alternativo che lo distingue dalla stessa proteina presente in altri tessuti o in altre regioni del SNC anche se codificato dallo stesso gene.
    Per cui ogni articolo che spiega il motivo di uno splicing alternativo, interessa di sicuro il campo delle neuroscienze, poiché ci avvicina a capire perché circa la metà dei geni espressi nel SNC hanno isoforme diverse.

    Complimenti

  • Patrizio - 13 gennaio 2008 # 2

    Io quello che non capisco e’ questo,dove sta scritto che gli esoni devono montare con quel preciso ordine?,cioe’ le proteine coinvolte nello splicing sono quelle,ma perche’ l esone uno deve montare il 2 o perche’ il 3,comunque leggero’ l articolo per vedere cosa dicono riguardo la modulazione dello splicing da parte dello stesso NMDA ( sembra che sia un effetto che porta tempo )

  • nico - 13 gennaio 2008 # 3

    @Neuroscience: concordo con te, è un fenomeno molto molto interessante. Purtroppo (o per fortuna) c’è così tanta di quella letteratura a proposito di queste cose che è difficile starci dietro!

    @patrizio: le proteine sono sempre le stesse ma “leggono” diverse sequenze sul mRNA precursore che le indirizzano a tagliare un tratto piuttosto che un altro. Non ti so però dare dettagli molto precisi perchè -come dicevo nel post- non ne so moltissimo di splicing :)

  • gioby - 13 gennaio 2008 # 4

    Bene, io vengo da un anno di immersione nel mondo dello splicing!! :)

    Come dici nell’articolo lo splicing é presente anche nel sistema nervoso: anzi, le cellule nervose sono quelle che generalmente mostrano il maggior numero di isoforme di splicing, che servono per creare diversità di recettori, segnali, e per il differenziamento.

    @Patrizio: in genere gli esoni vengono montati nell’ordine in cui sono presenti sul DNA genomico, ovvero non é possibile che l’esone 1 venga montato dopo il 2 e prima del 3, ‘mischiando’ le posizioni. Almeno, non ho mai sentito parlare di una cosa del genere.
    Però alcuni esoni possono essere ‘saltati’; oppure, i confini di un esone possono letti in maniera diversa, dando luogo ad un esone più o meno corto e un nuovo sito di splicing; oppure può essere ritenuto un introne.
    I segnali che regolano queste scelte sono difficili da studiare ed in generale poco conservati e corti; però, il principio é che la cellula può produrre due isoforme diverse della stessa proteina a partire dalla stessa sequenza genomica, risparmiando ‘spazio’ sul genoma e dando luogo ad una varietà tra tessuti e momenti dello sviluppo.

  • Neuroscience - 14 gennaio 2008 # 5

    Il principio che conosco sullo splicing è quello descritto da Gioby. Effettivamente non può accadere che uno splicing acceptor sia “saltato”, e questo non dipende dalla sequenza o dalla distanza, poiché sostituendo buona parte dell’introne con un materiale inerte ed inorganico lo splicing segue come se niente fosse ed in maniera corretta. Ciò dimostra che sono gli esoni o le basi immediatamente vicine agli splicing acceptors a decidere il destino dell’mRNA.

    Lo splicing alternativo invece segue una strada diversa, ovvero le proteine che guidano lo splicing, che sono definite con la lettera U (es U1, U5, U8), possono dare uno splicing “normale” per tutte le cellule, mentre per neuroni o particolari tipi cellulari possono funzionare in maniera diversa per la presenza di proteine U accessorie. Per intenderci alcune di queste proteine che comporranno lo spliceosoma potrebbero impedire l’unione dell’esone 3 con il 4 per una determinata sequenza che è riconosciuta da un fattore U specifico per una determinazione popolazione cellulare. Il riconoscimento di questo fattore potrebbe generare un salto dello splicing, oppure uno splicing “diverso dal solito”. Ovviamente questi fattori U “speciali” si trovano soprattutto nelle cellule neuronali e per qualcuno di questi è stato dimostrato anche l’inducibilità in risposta ad un danno ossidativo (Credo radicali liberi o ROS). L’espressione indotta di questo fattore U, ovviamente determina una variazione dello splicing di una serie di geni ad esso correlato.