L’ingegno dei batteri: il ruolo dei tmRNA nel salvataggio ribosomiale

Cos’è il tm-RNA ? Quale funzione biologia svolge nel mondo procariotico ?

Se iniziamo a pensare al mondo procariotico, ci viene subito in mente di associarlo ad un concetto di semplicità, ma i meccanismi biologico-molecolari che avvengano all’interno della cellula batterica sono tutto tranne che semplici. Il tmRNA ne è un esempio, infatti questo particolare acido nucleico è coinvolto nel salvataggio dei ribosomi.

Difatti il tmRNA interviene quando gli mRNA danneggiati risultato tronchi e di conseguenza si hanno proteine tronche e non funzionanti. Inoltre, i ribosomi, che scorrono sull’mRNA per sintetizzare la proteina, restano bloccati alla fine della catena degradata in 3′ dell’mRNA perché manca del codone di stop.

Di conseguenza, i batteri hanno messo a punto un sistema molto ingegnoso per eliminare la proteina difettosa e liberare il ribosoma bloccato.

Quindi l’uso del tmRNA garantisce la buona riuscita della traduzione.

Struttura del tmRNA

L’RNA transfer-messaggero (tmRNA) è composto da un filamento di RNA lungo qualche centinaia di nucleotidi.

La sua struttura si presenta con una piega caratteristica a “forma a ciambella” dove si distinguono varie parti che presentano funzioni diverse.

Come si può osservare dall’immagine, la struttura del tmRNA assomiglia molto a quella di un classico tRNA.

Effettivamente c’è un sito di legame per l’amminoacido, che in questo caso sarà sempre l’alanina, infatti è caricato dall’alanil-tRNA-sintasi. La struttura di questo particolare acido nucleico è composta anche dalla proteina SmpB, che riproduce la forma dell’anticodone del tRNA unito al codone dell’mRNA.

Si può osservare anche una porzione che agisce da RNA messaggero (mRNA) che codifica per una breve sequenza di amminoacidi e termina con un codone di stop.

Una caratteristica fondamentale del tmRNA è la flessibilità, che gli consente di entrare nel sito A (azione coadiuvata dalla SmpB) del ribosoma per trasferire l’alanina alla proteina tronca e promuovendo lo scorrimento verso destra del ribosoma, per consentire anche alla porzione simile all’mRNA di entrare nel sito A del ribosoma, dove verrà letta per sintetizzare l’ultimo tratto della proteina, quello che la predispone ad essere distrutta.

Meccanismo di riparo del tmRNA

Quando abbiamo un mRNA degradato in 3′, mancante cioè del codone di STOP, nel momento in cui il ribosoma arriva nel punto leso, si blocca.

Per ovviare a questo problema, la porzione del tmRNA simile al tRNA si “intrufola” nel ribosoma e la SmpB si lega al sito A di decodifica, riproducendo per mimetismo molecolare il corretto appaiamento codone-anticodone. A questo punto la sintesi della proteina interrotta riprende.

C’è da dire che il tmRNA è anche riconosciuto dal fattore EF-Tu

L’alanina portata dal tmRNA è aggiunta alla proteina tronca e il tratto che somiglia ad un mRNA si inserisce nella posizione normalmente occupata dall’mRNA.

Arrivati a questa situazione, l’mRNA danneggiato viene eliminato dal ribosoma e successivamente degradato dalle ribonucleasi. Il ribosoma continua a scorrere lungo il tratto simile all’mRNA, e così facendo la proteina tronca viene unita ad una tag di 10 amminoacidi; alla fine, raggiunto il codone di STOP, si libera.

L’etichetta proteica fa da segnale promuovendo la degradazione della proteina aberrante.

Fonti

  • https://www.pianetachimica.it/mol_mese/mol_mese_2013/01_tmRNA/tmRNA.htm
  • Watson J.D., Backer T.A., Bell S. P., Gann A., Levine M., Losick R. BIOLOGIA MOLECOLARE DEL GENE Zanichelli, VI edizione
    Amaldi, Benedetti, Pesole, Plevani

Immagini

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Giampiero Federici

Attuale studente di biotecnologie, presso il dipartimento di: Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale (Università degli studi di Parma)

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