Scoprire l’impatto delle proteine ​​RAN tossiche prodotte dalle espansioni ripetute CAG

La traduzione non-AUG associata a ripetizione (RAN) nelle malattie da espansione di ripetizione CAG è tossica per le cellule e ne causa la morte. Il gruppo Jain ha scoperto che le proteine ​​RAN e l’RNA espanso possono essere presenti nella stessa posizione nelle cellule e interferire con i processi cellulari essenziali.

Qual è il responsabile della morte cellulare nelle atassie spinocerebellari causate dalle espansioni delle ripetizioni CAG? Rispondere a questa domanda scottante può offrire agli scienziati opportunità per terapie che aiutino le cellule cerebrali a vivere più a lungo.

Le espansioni di ripetizione CAG si trovano in molte malattie, tra cui le atassie spinocerebellari (SCA), la malattia di Huntington (HD) e l’atrofia muscolare spinale e bulbare. In queste malattie, il DNA è stato mutato e le sequenze CAG sono ripetute più volte di quanto dovrebbero essere. Questo DNA mutato è dannoso per le cellule in molteplici modi.

In primo luogo, il DNA viene trascritto in molecole di RNA mutanti, che possono formare cluster, chiamati foci, nel nucleo di una cellula e intrappolare proteine ​​che sono responsabili della regolazione dell’RNA. In secondo luogo, l’RNA mutante può essere tradotto in una proteina mutante che contiene un tratto di poliglutammina. Questo tratto di amminoacidi ripetuti di glutammina può interrompere il ripiegamento e la funzione della proteina. In terzo luogo, gli RNA mutanti possono subire un processo unico chiamato traduzione non-AUG associata a ripetizione (RAN) e produrre proteine ​​RAN tossiche . Prese insieme, queste molecole interrompono la funzione cellulare e sovraccaricano le cellule, causandone la morte.

Che cosa si intende per traduzione non-AUG associata alla ripetizione (RAN)?

Le molecole di RNA forniscono alla cellula un set di istruzioni per creare una determinata proteina attraverso un processo chiamato traduzione. Nella traduzione normale o “canonica”, le molecole che creano proteine ​​esaminano l’RNA per un segnale “go” chiamato codone di inizio AUG. Questo segnale viene utilizzato per avviare la sintesi della proteina codificata dall’RNA. Nella traduzione RAN, questo segnale “go” AUG non è richiesto. Invece, le ripetizioni incoraggiano le molecole di traduzione a creare proteine ​​dall’RNA mutante. Poiché non c’è alcun segnale “go” AUG, la traduzione può iniziare in punti inaspettati lungo l’RNA e formare tre diverse proteine ​​RAN mutanti da ogni filamento di RNA. Ciò significa che un’espansione CAG nel DNA produce due RNA mutanti (uno da ogni filamento di DNA), che possono produrre fino a sei proteine ​​RAN mutanti.

Perché le proteine ​​RAN sono importanti nell’atassia spinocerebellare?

Nel 2015, Bañez-Coronel e colleghi hanno riferito che le proteine ​​RAN si trovano nei cervelli umani sottoposti ad autopsia di HD vicino alle proteine ​​associate alla morte cellulare e all’infiammazione. Queste proteine ​​sono tossiche nelle cellule e sono presenti nelle regioni cerebrali colpite da HD. Ciò è importante per le SCA perché, come l’HD, molte SCA sono causate anche da espansioni di ripetizioni CAG e potrebbero avere una patologia simile.

È fondamentale indagare il ruolo dell’RNA mutante e delle proteine ​​RAN prodotte dalle espansioni di ripetizione CAG. In questo modo, possiamo scoprire se e come queste molecole funzionano nella malattia. Das e colleghi hanno iniziato a estrapolare i contributi dell’RNA ripetuto e delle proteine ​​RAN osservando dove entrambi si trovavano nella cellula. Ciò è stato fatto esprimendo l’RNA ripetuto e le proteine ​​RAN nelle cellule.

Per iniziare, gli autori hanno osservato che le sequenze di DNA che circondano l’espansione della ripetizione CAG sono vitali per la traduzione RAN. Ciò significa che le sequenze che vengono prima e dopo la ripetizione influenzano se le proteine ​​RAN vengono prodotte o meno. Hanno inoltre scoperto che l’RNA mutante formava cluster sia nel nucleo che nel citoplasma. Non solo, ma le proteine ​​RAN facevano sì che l’RNA si raggruppasse appena fuori dal nucleo della cellula. Dopo aver scoperto questi cluster o aggregati di proteine ​​RNA-RAN, il gruppo Das e colleghi ha risposto a due domande principali:

• Gli aggregati RNA-RAN intrappolano le proteine ​​coinvolte nella regolazione dell’RNA?
• Gli aggregati RNA-RAN interferiscono con il trasporto tra il nucleo e il resto della cellula?

I ricercatori hanno scoperto che le proteine ​​associate all’aggregazione proteica e alla malattia neurodegenerativa si raggruppano con aggregati RNA-RAN. Queste proteine, p62, TDP-43 e FUS, si aggregano o non sono nel posto giusto in molteplici malattie neurodegenerative. Questa patologia è correlata alla malattia e vedere la loro interazione con gli aggregati RNA-RAN mostra che potrebbero essere dannose per la cellula e potrebbero causarne la morte.

Un altro metodo per interrompere la funzione cellulare è interferire con il trasporto. Il nucleo di una cellula invia e riceve costantemente merci. Le porte utilizzate per trasportare le merci sono chiamate pori nucleari. I pori nucleari circondano il nucleo e sono essenziali per il corretto funzionamento della cellula. Poiché gli aggregati di RNA-RAN si raccolgono attorno al nucleo, è fondamentale considerare l’impatto sul trasporto nucleare-citoplasmatico.

Per indagare su questa questione, gli autori hanno esaminato una proteina chiamata RanGTP1, che è coinvolta nel trasporto nucleare. Hanno scoperto che questa proteina non si trovava nel posto in cui avrebbe dovuto essere attorno al nucleo. Gli autori hanno inoltre osservato il flusso di molecole dentro e fuori dal nucleo e hanno visto che molte molecole che avrebbero dovuto entrare nel nucleo non erano in grado di farlo. L’interruzione del trasporto dentro e fuori dal nucleo è estremamente dannosa per la cellula e potrebbe portare a stress cellulare e livelli aumentati di morte cellulare.

Gli aggregati proteici RNA-RAN sono dannosi per le cellule e intrappolano le proteine ​​regolatrici dell’RNA, oltre a disturbare il trasporto dei contenuti nucleari-citoplasmatici. La domanda successiva che gli autori si sono posti è stata: quale molecola sta determinando la tossicità in queste cellule? È principalmente l’RNA ripetuto o sono principalmente le proteine ​​RAN? Per cercare questa risposta, Das e colleghi hanno progettato molecole che si legano all’RNA mutante e impediscono la traduzione di RAN. Ciò ha causato una significativa diminuzione dei livelli di proteine ​​RAN e dei cluster di RNA citoplasmatico. Impedire la traduzione di RAN ha consentito a TDP-43 di essere localizzato nel suo posto appropriato nella cellula e ha ridotto la morte cellulare. Questi risultati mostrano che le proteine ​​RAN svolgono un ruolo importante nella tossicità cellulare e che impedire la traduzione delle proteine ​​RAN aiuta le cellule a funzionare meglio.

La traduzione di RAN nel campo dell’atassia spinocerebellare è ancora relativamente nuova. Storicamente, nelle malattie da espansione delle ripetizioni CAG, l’attenzione si è concentrata sull’impatto delle proteine ​​espanse con poliglutammina e su come le loro funzioni cambiano con l’espansione delle ripetizioni. I ricercatori stanno lavorando attivamente per scoprire il ruolo delle proteine ​​RAN nelle SCA espanse con CAG. Queste proteine ​​tossiche forniscono bersagli terapeutici ideali che, una volta eliminate, potrebbero un giorno mitigare la malattia in molte SCA