Sintesi/scomposizione dell’acido nucleico
L’acido nucleico deossiribosio (DNA) fu scoperto nel 1869 dallo scienziato svizzero Friedrich Miescher. Gli acidi nucleici sono biopolimeri costituiti da monomeri nucleotidici che sono composti da tre moieties, uno zucchero a cinque carboni, un gruppo fosfato e una base azotata. Il DNA contiene il desossiribosio come componente zuccherino e l’RNA contiene lo zucchero ribosio. I polinucleotidi sono formati da legami covalenti tra il fosfato di un nucleotide e lo zucchero di un altro, dando luogo a legami fosfodiesteri. Gli acidi nucleici sono le principali molecole di informazione di tutte le forme di vita conosciute, codificando, trasmettendo ed esprimendo informazioni genetiche. L’elucidazione della struttura del DNA da parte di Watson e Crick nel 1953 suggerì immediatamente il meccanismo semiconservativo con cui il DNA viene riprodotto accuratamente e successivamente dimostrato da Meselson e Stahl. La capacità delle sequenze di DNA di essere copiate in RNA o in copie di DNA con alta fedeltà in modo dipendente dal modello è uno dei processi più importanti negli organismi viventi. Il trasferimento di informazioni genetiche dal DNA all’RNA alle proteine è considerato il processo fondamentale di tutti i sistemi viventi. Tuttavia, come avviene in alcuni virus, è possibile trasferire informazioni codificate in sequenza da RNA a DNA mediante trascrizione inversa. Gli argomenti di questa sezione dell’Enciclopedia di Biologia Cellulare coprono tutti i principali ruoli degli acidi nucleici nel trasferimento di informazioni, compresi i meccanismi con cui le informazioni genetiche sono regolate. Questa sezione copre inoltre come le molecole di RNA trasmettono, modificano, giuntano e regolano l’espressione delle informazioni genetiche – processi che aumentano notevolmente il numero di combinazioni in cui le sequenze codificanti le proteine possono essere utilizzate.
Gli argomenti di questa sezione, in ordine, sono: Comparison of Bacterial and Eukaryotic Replisome Components, che descrive le strutture e i meccanismi del macchinario proteico che replica il DNA nei batteri e negli eucarioti; Transfer RNA, che non solo descrive come i tRNA servono come molecole adattatrici per tradurre sequenze di mRNA in sequenze proteiche, ma descrive anche i ruoli dei tRNA in molti altri processi cellulari; Messenger RNA (mRNA): The Link between DNA and Protein confronta la struttura/funzioni dell’mRNA nei batteri e negli eucarioti e come le mutazioni nelle regioni non tradotte degli mRNA contribuiscono alle malattie umane; Telomeri e telomerasi descrive le strutture di chiusura, chiamate telomeri, sui cromosomi eucarioti che sono fondamentali per la stabilità dei cromosomi, e discute l’importanza degli enzimi telomerasi nel mantenimento dei telomeri; Telomere Biology descrive come i telomeri mantengono la stabilità del genoma e prevengono la senescenza cellulare, e come le cellule tumorali aggirano i normali limiti dell’allungamento dei telomeri per ottenere l’immortalità; Small RNAs/Cancer (Piccoli RNA/Cancro) esamina la scoperta, la biogenesi e i ruoli dei microRNA nell’eziologia del cancro; Nucleotide Excision Repair (Riparazione da escissione di nucleotidi eucariotici) descrive i meccanismi di riparazione del DNA altamente conservati che rimuovono e riparano un’ampia varietà di lesioni chimiche nella struttura del DNA, che in alcuni casi contribuiscono all’insorgenza del cancro; The Base Excision Repair Pathway (Riparazione da escissione di basi) esamina un percorso che è fondamentale per la stabilità genomica, correggendo le piccole lesioni di base del DNA, prima eliminando il locus danneggiato e poi sostituendo i nucleotidi danneggiati con quelli corretti; Nonhomologous DNA End Joining descrive e confronta il modo in cui le cellule riparano le rotture a doppio filamento nel DNA sia tramite la nonhomologous DNA end joining sia tramite meccanismi di ricombinazione omologa (HR); DNA Repair by Homologous Recombination rivede i meccanismi e le proteine coinvolte nella riparazione di danni complessi al DNA tramite HR e come specifiche proteine HR proteggono le forchette di replicazione in stallo; Prokaryotic Transcription rivede la comprensione attuale della trascrizione nei batteri dal riconoscimento del DNA alla terminazione della sintesi di RNA; Eukaryotic Transcriptional Regulation descrive gli attuali modelli di regolazione trascrizionale negli eucarioti; Distant Activation of Transcription by Enhancers esamina come gli enhancers del DNA che agiscono a distanza attivano la trascrizione attraverso il looping della cromatina; miRNAs/Small Noncoding RNAs descrive come i precursori dell’mRNA negli eucarioti sono splicati per rimuovere le sequenze di intervento da un complesso ribonucleoproteico chiamato splicesome; Pre-mRNA Splicing: Function and Dysfunction espande ulteriormente il processo di splicing del pre-mRNA e descrive le malattie umane derivanti dalla disregolazione del macchinario di splicing; Ribosomal RNAs and Protein Synthesis discute la struttura dei ribosomi e come l’RNA ribosomiale funziona nella sintesi delle proteine; miRNAs/Small Noncoding RNAs rivede le nostre attuali conoscenze sulla sintesi biologica e l’elaborazione dei microRNAs, che sono tipicamente lunghi 22 nucleotidi e funzionano nella repressione traslazionale e in altri processi regolatori; The Interplay between Eukaryotic mRNA Degradation and Translation riassume le attuali opinioni su come la degradazione dell’mRNA eucariotico si interconnetta con la traduzione dell’mRNA per regolare l’espressione genica; Riboswitches e Ribozymes descrive i ruoli biologici e il potenziale come strumenti di riboswitches e ribozymes, che sono regioni di mRNA che regolano l’espressione genica legando piccole molecole, o sono RNA che catalizzano reazioni chimiche, rispettivamente; Transgenesis e Gene Replacement presenta una panoramica dei metodi più ampiamente utilizzati per manipolare sperimentalmente i genomi dei mammiferi per capire le funzioni del gene; e vedere Viral Nucleic Acids fornisce una panoramica dei genomi virali, che possono essere sia RNA o DNA, e come essi sono replicati nelle cellule ospiti. Questa raccolta di articoli sugli acidi nucleici non solo fornisce al lettore una comprensione completa dello stato della scienza nella ricerca sugli acidi nucleici, ma fornisce anche una solida base per indagini più mirate sull’argomento.