Structural and functional analysis of positive and detrimental effects of SNPs in miRNA and target proteins involved in xenobiotic metabolism and focal adhesion

Project leaders

Patrizio Arrigo, Pravin Krishnarao Naoghare

Agreement

INDIA - CSIR-expired - Council of Scientific and Industrial Research

Call

CNR/CSIR 2012-2014

Department

Life Sciences

Thematic area

Biomedical sciences

Status of the project

New

Research proposal

I microRNA sono una classe di msall non-coding RNAs che,di norma, controllano l'espressione genica a livello post-trascrizionale. Essi sono in grado di reprimere la traslazione di un mRNA interagendo con particolari siti di binding  per lo piu' collocati nella regione 3' UTR. La modulazione dell'espresisone genica post-trascrizionale,controllata dai miRNAs, ha una rilevante influenza in molti processi biologici quali lo sviluppo,il differenziamento e l'apoptosi cellulare,il metabolismo e  la risposta immunitaria.  Un numero sempre piu' elevato di proteine sembrano essere controllate da microRNAs,  rafforzando pertanto il ruolo che queste molecole rivestono nella regolazione diverse funzioni biologiche. I microRNA derivano ,a livello nucleare,da un processo trascrizionale  che origina un pri-mirna (primary mirna): Dal pri-miRNA si origina,per azione enzimatica,  il percursore (pre-miRNA) che viene veicolato nel citoplasma dove subirà il processo di maturazione a miRNA. Il precursore (pre-miRNA) ha, di norma una struttura stem-loop dalla quale si otterra' il miRNA maturo  in grado di  reprimere il prcesso traslazionale. Il riconoscimento del bersaglio  da parte di un miRNA  dipende dauna particolare regione del miRNA, compresa tra i nucleotidi 2-8 a  partire dal terminale 5', chiamaata 'seed'.  Questa regione di ricognizione interagisce  con siti di binding,per lo piu' collocati nella regione 3'UTR,   mediante  una complementazione  perfetta secondo lo schema di Watson-Crick. Recenti studi hanno dimostrato che variazioni a livello di singola base  possono, al limite, annullare la  capacità inibitrice del miRNA. L'identificazione delle proteine target dei miRNA e' demandata,in genere, a metodi computazionali che spesso originano risultati non univoci. Di conseguenza  e' necessario procedere ad una vlaidazione sperimentale del dato ottenuto dalla predizione computazionale.  Lo studio dei polimorfisimi che coinvolgono specifici miRNA ed i loro bersagli prioritari e' molto importante  pre definire,ad esempio, il ruolo che questi oligomeri hanno nella risposta individuale ai farmaci o composti tossici. In particolar,nell'ambito della genomca ambientale, lo studio dell'influenza dei mirSNPs puo' rivelarsi essenziale per meglio comprendere come il metabolismo degli xenobiotici possa essere modificato a livello traslazionale oltre che genomico.  In una prospettiva di genomica ambientale, la proposta in oggetto  mira allo studio degli  effetti di alcuni coposti tossici selezionati sul profilo di espressione dei microRNAs. Il progetto proposto, basato sulle esperienze dei partner coinvolti, mira all'integrazione dei metodi di screening  'in silico' con  queli 'in vitro'.  Lo scopo principale della proposta in oggetto e' l'integrazione di metodi di analisi strutturali e di system biology nelle procedure di laboratorio al fine di ottenere una miglior comprensione dei sinergismi tra  il metabolismo degli xenobiotici ed i processi di comunicazione cellulare.

Research goals

I microRNA sono interrutori molecolari in grado di regolare in modo positivo (gain-of-function) o negativo (loss-of-function) la funzionalità di una proteina target. L'efficienza di modulazione e' legata  alla specificità del miRNA rispetto al target ed anche alla presenza di polimorfismi (SNP) sia   carico della proteina bersaglio sia del microRNA. E' ben noto l'effetto delle mutazioni a carico di alcuni enzimi quali CYP450 sulla capacità di un individuo di metabolizzare composti xenobiotici, meno noti sono gli effetti che tali composti hanno sulla regolazione del controllo post-trascrizionale legato ai non-coding  RNA,in particolare i miRNA.  L'obiettivo della proposta  di progetto e' essenziamente lo studio  degli effetti di composti xenobiotici sulle variazioni funzionali, indotte dai microRNA, su alcune proteine coinvolte nel processo di metabolizzazione di tali composti. In particolare verranno studiate,ntegrandometologie chemo-bioinformatiche con metodi di laboratorio, le relazioni funzionali esistenti tra la deregolazione dei processi di detossificazione e le alterazioni a  carico dei meccanismi di adesione cellulare. In particolare il progetto potra' utilizzare come base di partenza i dati a disposizione di ciacuno dei partner dati proteomici di trascrittoma  e  tossicologici. L'analisi si fiocalizzarà inizialmente su una serie di proteine appartenenti al metabolismo dei composti xenobiotici e alla rete di reazioni appartenenti all'adesione cellulare (focal adhesion). In base ai dati disponibili sono state identificate alcune proteine:  la epoxide hydrolase 1 (EPHX1), la integrina B1 (ITGB1),la catenina B1 (CTNNB1), la hematopoietic cell-specific lyn substrate 1 (HCSL1) e la Rho GTPase 1(RAC1)In parallelo, tenendo conto delle specificità ambientali dei partner,  saranno analizzati due diversi gruppi di xenobiotici: il primo gruppo conterrà composti tossici o mutageni; il secondo gruppo molecole con caratteristiche chemopreventive. L'analisi dell'effetto dei polimorfismi consentirà di ottenere informazioni relative alle differenze di tossicita' od efficacia delle diverse molecole.  In particolare potranno emergere nuovi biomarker 
 

Last update: 01/05/2024