IL
RUOLO DI ENHANCER RNA NEL CONTROLLO GENETICO DEI NEURONI IN RISPOSTA A STIMOLI
Una parte della risposta agli stimoli delle cellule nervose implica variazioni dell’espressione genica controllate nel tempo e nello spazio. Numerosi studi hanno indagato la regolazione della trascrizione mediante i promotori, ottenendo una messe di risultati di rilievo, mentre i meccanismi mediante i quali gli enhancers[1] contribuiscono all’espressione genica sono ancora scarsamente caratterizzati. Greenberg e colleghi del Department of Neurobiology, Harvard Medical School, Boston, hanno di recente identificato migliaia di enhancers che reclutano, in un processo dipendente dall’attività, il co-attivatore trascrizionale CBP e l’RNA polimerasi II (RNAPII) e guidano la sintesi di una nuova classe di enhancer RNA (eRNA) (Kim T. K., et al. Widespread transcription at neuronal activity-regulated enhancers. Nature 465, 182-187, 2010).
I fattori di trascrizione regolano l’espressione genica legandosi agli elementi di regolazione del DNA quali promotori ed enhancers; questi ultimi, come è noto, sono in genere localizzati a distanza dalle sedi di inizio della trascrizione e sono definiti come siti che legano la CBP (CREB-binding protein) presso regioni attive della cromatina. I ricercatori hanno stimolato neuroni primari in vitro accrescendo la concentrazione di K+ del medium, e così hanno identificato 12.000 siti enhancer che legavano CBP in una condizione dipendente dall’attività neuronica. Impiegando un luciferase reporter assay è stato possibile accertare che questi enhancers possono indurre espressione genica regolata dall’attività solo quando il promotore è intatto.
I ricercatori hanno poi verificato se i fattori di trascrizione che mediano l’espressione genica regolata da attività, quali CREB (cAMP-responsive element binding protein), SRF (serum response factor) e NPAS4 (neuronal PAS domain-containing protein 4), si legano ai siti enhancer in un processo regolato dall’attività. Hanno trovato un legame costitutivo di CREB e SRF alla maggior parte dei siti enhancer, mentre NPAS4 era reclutato solo dopo l’attivazione dei neuroni da migliaia di siti di enhancer e promotori. Tutti e tre i fattori di trascrizione si legavano vicinissimi ai siti di legame con CBP, suggerendo che questi cooperino alla regolazione della trascrizione.
E’ noto che presso i promotori CBP recluta componenti dell’apparato di trascrizione, inclusa la RNA polimerasi II. Infatti, il legame di RNAPII a 3000 siti enhancer regolati da attività si accresceva di circa due volte per effetto di stimolazione e questo legame poteva essere mediato da CBP.
Greenberg e colleghi hanno indagato il ruolo di RNAPII legato ad enhancer ed hanno accertato che guida la sintesi bi-direzionale di una nuova classe di brevi RNA (eRNA). Poi hanno verificato se gli eRNA possono specificamente marcare gli enhancers che sono impegnati nell’attivazione del promotore. Le variazioni dei livelli di espressione di eRNA indotti dall’attività correlavano con le variazioni di espressione dell’mRNA dei geni vicini, suggerendo che la sintesi di eRNA dipende dall’interazione fra promotore ed enhancer. Nei neuroni in cui Arc e il suo promotore erano eliminati per delezione, il legame di SRF e RNAPII all’enhancer di Arc non era intaccato, ma la sinesi di eRNA era abolita. Questo indica che l’occupazione dei siti enhancer non è sufficiente a guidare la sintesi di eRNA, per la quale sembra essere necessaria l’interazione fra enhancer e promotore.
La scoperta che, per effetto dell’attivazione neuronica, RNAPII si lega a migliaia di siti enhancer e induce la sintesi di eRNA, suggerisce l’esistenza di un meccanismo generale nel controllo trascrizionale attività-dipendente. L’identificazione di questa nuova classe di RNA pone interrogativi affascinanti sugli specifici ruoli e sulla funzione biologica generale di queste molecole.
E’ indubbio che questo ottimo lavoro condotto da Greenberg e colleghi avrà implicazioni e ripercussioni non solo nella ricerca neurobiologica, ma anche in altri ambiti nei quali si studiano processi guidati da reti trascrizionali, come la regolazione della differenziazione cellulare.
L’autrice
della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della
bozza e invita alla lettura degli scritti di argomento connesso che compaiono
su questo sito.
[1] Si è scelto di conservare il termine inglese perché entrato
da tempo nell’uso comune dei genetisti italiani, e si sono conservate le regole
della lingua d’origine, con la declinabilità in funzione di sostantivo (enhancers, al plurale) e
l’indeclinabilità in funzione di aggettivo (ossia privo del plurale).
Ricordiamo che l’enhancer è
costituito da un gruppo di moduli o brevi sequenze simili a quelle presenti nel
promotore, dal quale può essere separato da una distanza variabile da un
centinaio a diverse migliaia di nucleotidi, sia a monte che a valle, e, in
qualche caso, si trova nel gene stesso, per lo più in un introne. Su questa
base e sulla possibilità dell’enhancer
di funzionare in entrambi gli orientamenti si opera la distinzione con il promotore. Gli studi recenti hanno reso
più sfumata la distinzione fra promotore
ed enhancer.