Il premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina 2024 è andato agli statunitensi Victor Ambros e Gary Ruvkum, entrambi biologi molecolari al MIT in California, per aver scoperto nel 1993 il microRNA (piccole sequenza di RNA specifiche coinvolte nell'espressione genica) e la sua funzione, che fino a qualche tempo fa era stata soltanto ipotizzata, legata all'espressione genica e alla maturazione dell'mRNA. Il microRNA è infatti cruciale per la regolazione dei geni, la differenziazione cellulare e in generale per il corretto funzionamento degli organismi pluricellulari, compresi gli esseri umani. L'onorificienza riconosce indirettamente anche l'importanza che l'RNA (l'acido nucleico coinvolto prevalentemente nella sintesi delle proteine) sta avendo negli ultimi anni: basti pensare ai vaccini per il COVID-19 o ai nuovi vaccini antitumorali, basati sulle nuove scoperte riguardo l'RNA.
Cosa sono e a cosa servono i microRNA
I microRNA sono delle piccole molecole di RNA, a singolo filamento, composti da 21 a un massimo di 25 nucleotidi (cioè le unità fondamentali dell'RNA) e fanno parte dei cosiddetti "corti RNA interferenti". Generalmente l'RNA è coinvolto nella sintesi delle proteine, ma i microRNA non hanno questa funzione: servono invece a regolare l'espressione genica. Nella fattispecie, la funzione del microRNA è fare in modo che alcune parti dell'mRNA (l'RNA messaggero, che serve alla produzione delle proteine e quindi ad esprimere fattivamente ciò che c'è scritto nei geni) non vengano tradotte in proteine. In parole povere, il microRNA impedisce la formazione di alcune proteine nella cellula.
Questo è molto utile, perché permette la differenziazione specifica delle cellule. Il nostro codice genetico è presente in tutte le nostre cellule, ma queste sono comunque molto differenziate tra loro: per esempio, una cellula muscolare è molto diversa da un neurone e dunque dovrà esprimere gli stessi geni in modo diverso. I microRNA sono cruciali nel fare in modo che solo l'insieme corretto di geni sia attivo in ogni specifico tipo di cellula, specializzandola e differenziandola. Ogni cellula può, in questo modo, svolgere la sua funzione specializzata.
Perché la scoperta dei microRNA è importante
Ambros e Ruvkum pubblicarono la scoperta del microRNA con due articoli sulla rivista Cell nel 1993, nei quali esponevano i risultati delle loro sperimentazioni su C. elegans, un nematode (una specie di verme) lungo circa 1 millimetro. In maniera individuale, i due ricercatori avevano analizzato due particolari mutazioni di questo verme, una che rendeva il verme più lungo del normale (mutazione sul gene chiamato lin-4, studiata da Ambros), e l'altra che rendeva il verme più corto del normale (mutazione sul gene chiamato lin-14, studiata da Ruvkun). Conducendo esperimenti simili, i due ricercatori hanno deciso di valutare insieme la situazione, scambiandosi informazioni e unendo le forze. Da questo connubio è nata la scoperta che avrebbe portato al Nobel: i due scienziati dimostrarono infatti che lin-4 era un microRNA che “spegne” lin-14, bloccando la produzione della proteina lin-14.
Per anni si pensò che questa scoperta fosse peculiare per quel tipo di organismo, ma oggi sappiamo che la regolazione genica da parte dei microRNA è universale tra gli organismi multicellulari, e avviene anche nella nostra specie. Noi Homo sapiens possediamo centinaia di microRNA con funzioni specifiche.
Questa scoperta è sorprendente perché ci ha permesso di comprendere uno dei principi che regola la sofisticata attività genica: questi microRNA consentono infatti alle cellule di selezionare le istruzioni utili e disattivare quelle non utili a se stessa e alla sua specializzazione.
Quindi, questa è una scoperta di fondamentale importanza per capire quali sono i meccanismi che portano alla differenziazione di una cellula, la quale diventa una specifica cellula invece che un'altra.
Le possibili applicazioni dei microRNA in medicina
I microRNA hanno una rilevanza enorme a livello patologico e fisiologico. La loro anomala regolazione, una loro mutazione o assenza può portare a varie forme di cancro, a disturbi congeniti all'orecchio, agli occhi e allo scheletro, oltre che a malattie cardiache o del sistema nervoso, diabete e danni a vari organi.
Un esempio eclatante di patologia in cui gli microRNA giocano un ruolo chiave è la sindrome DICER1, un disturbo ereditario molto raro in cui l'individuo sviluppa una fortissima propensione ad avere tumori in diversi organi, tra cui rene, polmone, cervello, testicoli, tiroide, ovaio, cervice e occhi, soprattutto durante l'infanzia. Ebbene, questa sindrome è originata da una mutazione su specifici geni dei microRNA.
Un altro motivo di importanza dei microRNA è che possono influenzare anche la regolazione dell'espressione dei geni di altre cellule circostanti. I microRNA, infatti, possono essere trasportati attraverso i fluidi biologici una volta secreti dalle cellule che li hanno prodotti, andando ad agire nelle cellule target di altri distretti corporei, esercitando in quella nuova cellula l'azione di soppressione, specializzazione e differenziazione. Mentre viaggiano nei fluidi corporei, questi microRNA sono stabilizzati e tutelati da altre molecole, che non ne permettono l'immediata degradazione.
Essendo i ricercatori in grado di sintetizzare microRNA in laboratorio, una promettente linea di ricerca prevede l'utilizzo di queste molecole per silenziare geni che sono alla base di molte malattie o di sindromi. Inoltre, potrebbero essere la base per farmaci di nuova concezione.
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