La biologia moderna stupisce per l'unicità e la portata delle sue scoperte. Oggi questa scienza studia la maggior parte dei processi che sono nascosti ai nostri occhi. Questo è notevole per la biologia molecolare, una delle aree promettenti che aiuta a svelare i misteri più complessi della materia vivente.
Cos'è la trascrizione inversa
La trascrizione inversa (in breve RT) è un processo specifico caratteristico della maggior parte dei virus a RNA. La sua caratteristica principale è la sintesi di una molecola di DNA a doppio filamento basata sull'RNA messaggero.
OT non è caratteristico dei batteri o degli organismi eucariotici. L'enzima principale, reversetase, svolge un ruolo chiave nella sintesi del DNA a doppio filamento.
Cronologia delle scoperte
L'idea che una molecola di acido ribonucleico potesse diventare un modello per la sintesi del DNA era considerata assurda fino agli anni '70. Quindi B altimora e Temin, lavorando separatamente l'uno dall' altro, scoprirono quasi contemporaneamente un nuovo enzima. La chiamavano DNA polimerasi RNA-dipendente o trascrittasi inversa.
La scoperta di questo enzima ha confermato incondizionatamente l'esistenza di organismicapace di trascrizione inversa. Entrambi gli scienziati hanno ricevuto il Premio Nobel nel 1975. Dopo qualche tempo, Engelhardt propose un nome alternativo per la trascrittasi inversa - revertasi.
Perché OT contraddice il dogma centrale della biologia molecolare
Il Dogma Centrale è il concetto di sintesi proteica sequenziale in ogni cellula vivente. Tale schema è costruito da tre componenti: DNA, RNA e proteine.
Secondo il dogma centrale, l'RNA può essere sintetizzato esclusivamente sul modello di DNA e solo allora l'RNA è coinvolto nella costruzione della struttura primaria della proteina.
Questo dogma è stato ufficialmente accettato dalla comunità scientifica prima della scoperta della trascrizione inversa. Non sorprende che l'idea della sintesi inversa del DNA dall'RNA sia stata a lungo rifiutata dagli scienziati. Solo nel 1970, insieme alla scoperta della reversetase, si pose fine a questo problema, che si rifletteva nel concetto di sintesi proteica.
Revertasi dei retrovirus aviari
Il processo di trascrizione inversa non è completo senza la partecipazione della DNA polimerasi RNA-dipendente. La revertasi del retrovirus aviario è stata studiata nella misura massima fino ad oggi.
Solo circa 40 molecole di questa proteina possono essere trovate in un virione di questa famiglia di virus. La proteina è composta da due subunità che sono in numero uguale e svolgono tre importanti funzioni di reversease:
1) Sintesi di una molecola di DNA sia su uno stampo di RNA a filamento singolo/doppio filamento che sulla base di acidi desossiribonucleici.
2) Attivazione della RNasi H, il cui ruolo principale è quello discissione della molecola di RNA nel complesso RNA-DNA.
3) Distruzione di sezioni di molecole di DNA per l'inserimento nel genoma eucariotico.
Meccanismo OT
I passaggi della trascrizione inversa possono variare a seconda della famiglia di virus, ad es. sul tipo dei loro acidi nucleici.
Prima consideriamo quei virus che usano reversetase. Qui il processo OT è diviso in 3 fasi:
1) Sintesi del filamento di RNA “-” sul modello “+” del filamento di RNA.
2) Distruzione del filamento "+" di RNA nel complesso RNA-DNA utilizzando l'enzima RNasi H.
3) Sintesi di una molecola di DNA a doppio filamento sullo stampo "-" della catena di RNA.
Questo metodo di riproduzione dei virioni è tipico di alcuni virus oncogeni e del virus dell'immunodeficienza umana (HIV).
Vale la pena notare che per la sintesi di qualsiasi acido nucleico su un modello di RNA, è necessario un seme o un primer. Un primer è una breve sequenza di nucleotidi che è complementare all'estremità 3' di una molecola di RNA (modello) e svolge un ruolo importante nell'avvio della sintesi.
Quando le molecole di DNA a doppio filamento pronte all'uso di origine virale vengono integrate nel genoma eucariotico, inizia il consueto meccanismo di sintesi proteica del virione. Di conseguenza, la cellula "catturata" dal virus diventa una fabbrica di produzione di virioni, dove si formano le proteine necessarie e le molecole di RNA in grandi quantità.
Un altro modo di trascrizione inversa si basa sull'azione dell'RNA sintetasi. Questa proteina è attiva nei paramyxovirus, nei rabdovirus, nei picornovirus. In questo caso, non esiste una terza fase di OT: la formazioneDNA a doppio filamento, e invece, una catena di RNA “+” viene sintetizzata sullo stampo della catena di RNA virale “-” e viceversa.
La ripetizione di tali cicli porta sia alla replicazione del genoma del virus che alla formazione di mRNA in grado di sintetizzare proteine nelle condizioni di una cellula eucariotica infetta.
Significato biologico della trascrizione inversa
Il processo OT è di fondamentale importanza nel ciclo di vita di molti virus (principalmente retrovirus come l'HIV). L'RNA di un virione che ha attaccato una cellula eucariotica diventa un modello per la sintesi del primo filamento di DNA, sul quale non è difficile completare il secondo filamento.
Il DNA a doppio filamento ottenuto dal virus viene integrato nel genoma eucariotico, il che porta all'attivazione dei processi di sintesi proteica del virione e alla comparsa di un gran numero di sue copie all'interno della cellula infetta. Questa è la missione principale di Revertase e OT in generale per il virus.
La trascrizione inversa può verificarsi anche negli eucarioti nel contesto dei retrotrasposoni, elementi genetici mobili che possono trasportare indipendentemente da una parte all' altra del genoma. Tali elementi, secondo gli scienziati, hanno causato l'evoluzione degli organismi viventi.
Il retrotrassposone è un tratto di DNA eucariotico che codifica per diverse proteine. Uno di questi, reversetase, è direttamente coinvolto nella delocalizzazione di tale retrotransporzone.
Uso di OT nella scienza
Dal momento in cui il reversetase è stato isolato nella sua forma pura, il processo di trascrizione inversa è stato adottato dai biologi. Lo studio del meccanismo OT aiuta ancora a leggere le sequenze delle più importanti proteine umane.
Il fatto è che il genoma degli eucarioti, noi compresi, contiene regioni non informative chiamate introni. Quando una sequenza nucleotidica viene letta da tale DNA e si forma un RNA a filamento singolo, quest'ultimo perde introni e codifica esclusivamente per proteine. Se il DNA viene sintetizzato usando reversetase su un modello di RNA, è facile sequenziarlo e scoprire l'ordine dei nucleotidi.
L'acido nucleico che è stato formato dalla trascrittasi inversa è chiamato cDNA. Viene spesso utilizzato nella reazione a catena della polimerasi (PCR) per aumentare artificialmente il numero di copie della copia del cDNA risultante. Questo metodo è utilizzato non solo nella scienza, ma anche in medicina: gli assistenti di laboratorio determinano la somiglianza di tale DNA con i genomi di vari batteri o virus da una libreria comune. La sintesi dei vettori e la loro introduzione nei batteri è una delle aree promettenti della biologia. Se la RT viene utilizzata per formare il DNA di esseri umani e altri organismi senza introni, tali molecole possono essere facilmente introdotte nel genoma batterico. Queste ultime diventano così fabbriche per la produzione delle sostanze necessarie alla persona (ad esempio enzimi).
