Astratto grafico. Credito:Cellula molecolare (2022). DOI:10.1016/j.molcel.2022.06.031
Per quattro decenni, la Specificity Protein 1 (Sp1) è stata formulata esclusivamente come fattore di trascrizione, un tipo di proteina che lega il DNA e attiva i geni. Ma uno studio del Donnelly Center ha ora rivelato che Sp1 svolge un altro ruolo inaspettato nella regolazione genica influenzando la stabilità dei messaggi di RNA dei geni.
La scoperta è particolarmente significativa per la ricerca sul cancro, in quanto ribalta il pensiero consolidato su come Sp1 contribuisce alla malattia e apre nuove strade per lo sviluppo del trattamento.
"Sp1 è noto per essere coinvolto nel cancro da molto tempo, ma si pensava che fosse dovuto alla sua capacità di legare il DNA e agire come fattore di trascrizione, perché tutti lo sapevano", ha affermato Jack Greenblatt, autore senior del paper e professore di genetica molecolare presso il Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research, presso la Temerty Faculty of Medicine di U di T.
"Pensiamo che non sia la risposta. Pensiamo che influisca sul cancro grazie alla sua capacità di legare l'RNA e regolare la stabilità del trascritto", ha affermato Greenblatt, che è anche professore universitario.
La rivista Cellula molecolare ha pubblicato i risultati.
La ricerca getta una nuova luce inaspettata su una delle proteine umane più studiate. Sp1 è stato identificato per la prima volta come attivatore trascrizionale che lega il DNA quasi 40 anni fa ed è stato il primo regolatore trascrizionale umano ad essere purificato, ha affermato Greenblatt. "È un argomento standard nei libri di testo universitari", ha aggiunto.
Sp1 controlla l'attivazione di circa 6.000 geni, circa un terzo del genoma umano, che sono principalmente necessari per il sostentamento cellulare.
E ora c'è anche l'RNA-binding Sp1, che domina un altro gruppo di 2.000 geni, per lo più non sovrapposti, influenzando l'abbondanza delle loro copie di mRNA, secondo lo studio.
Quando un gene viene attivato, il suo codice viene copiato in un RNA messaggero, o trascrizione, che funge da modello per la costruzione della molecola proteica codificata. Alla sua estremità posteriore, l'mRNA ospita la regione non tradotta, o UTR, che non viene tradotta in proteine, ma che ha un ruolo regolatorio ed è importante per la stabilità del trascritto. La ricerca ha dimostrato che le trascrizioni con code UTR lunghe sono spesso meno stabili e vengono degradate più rapidamente dagli enzimi cellulari, mentre le UTR a coda corta sono più protette dalla degradazione.
"È qui, nell'UTR, che Sp1 lega i suoi mRNA target", ha affermato Syed Nabeel-Shah, un dottorato di ricerca. candidato al laboratorio e co-primo autore della ricerca, insieme all'ex borsista post-dottorato del laboratorio Greenblatt, Jingwen Song. Quando Nabeel-Shah e Song hanno esaurito Sp1 dalle cellule, hanno scoperto che ciò ha portato a un aumento della lunghezza UTR di alcune trascrizioni, indicando che Sp1 agisce per produrre code UTR più corte. Hanno inoltre dimostrato che il taglio UTR è ottenuto dal macchinario di scissione dell'RNA, che taglia l'RNA vicino al punto in cui è legato Sp1.
Il controllo della lunghezza UTR è emerso come un importante livello di regolazione genica. Ciò è particolarmente vero nelle cellule tumorali, che abbondano di trascrizioni a coda corta. Più corta è la coda UTR, più stabile è l'mRNA per molte trascrizioni, il che significa più modelli proteici e, in definitiva, più molecole proteiche che possono essere prodotte.
"Le cellule a crescita rapida hanno bisogno di determinati geni espressi a livelli più alti", ha affermato Greenblatt. "L'effetto di avere UTR più brevi è spesso una maggiore concentrazione di mRNA e, di conseguenza, una maggiore concentrazione di proteine."
Non è chiaro, tuttavia, come l'equilibrio sia distorto verso UTR più brevi nelle cellule tumorali. Ma Greenblatt e Nabeel-Shah pensano che Sp1 contenga parte della chiave.
È noto da tempo che i livelli di Sp1 sono elevati in molti tipi di cancro, incluso il cancro al seno, su cui Nabeel-Shah e Song hanno concentrato la loro analisi. Hanno ottenuto i dati di sequenziamento dell'RNA dal Cancer Genome Atlas su mille pazienti con cancro al seno. Hanno scoperto che i livelli di Sp1 sono correlati alla lunghezza e all'abbondanza della coda della trascrizione target. Più Sp1 in un campione di un paziente, più brevi sono gli UTR nello stesso campione e più alti sono i livelli di mRNA quando tali UTR sono legati da Sp1. "Tutto questo suggerisce che Sp1 promuove il cancro attraverso il suo ruolo di legame dell'RNA", ha affermato Nabeel-Shah.
La scoperta è in contrasto con l'opinione consolidata in cui Sp1 contribuisce al cancro sovralimentando l'espressione dei suoi geni bersaglio come proteina legante il DNA. Nabeel-Shah e Song non hanno trovato supporto nei dati per questo concetto. Non c'era una correlazione significativa tra i livelli di Sp1 nelle cellule del cancro al seno e la quantità di mRNA trascritto dai geni che bersaglia sul DNA.
Sebbene abbiano esaminato solo il cancro al seno, i ricercatori ritengono che Sp1 svolga un ruolo simile in altri tipi di cancro, dato il gran numero di mRNA che regola.
Lo studio apre un nuovo modo di pensare non solo a Sp1 e al suo ruolo nel cancro, ma anche ad altre proteine simili. Sp1 appartiene a una famiglia di fattori di trascrizione del dito di zinco C2H2, che costituiscono il più grande gruppo di fattori di trascrizione nell'uomo. Tuttavia, la maggior parte dei suoi oltre 700 membri rimane poco esplorata.
L'obiettivo della tesi di Nabeel-Shah è determinare se molte altre proteine C2H2 legano anche l'RNA. Finora, ha testato 150 di queste proteine e ha scoperto che 145 legano sia il DNA che l'RNA, suggerendo che anche molti altri membri potrebbero avere un doppio ruolo nella regolazione genica.
Sp1 è stato solo il primo ad essere scoperto, proprio come quattro decenni fa. + Esplora ulteriormente
