La chimica che potenzia l’RNA nel nuovo studio del Cnr

ROMA\ aise\ - A volte basta aggiungere pochi atomi per cambiare completamente il comportamento di una molecola. È quanto dimostra uno studio pubblicato su Nature Communications, frutto della collaborazione tra l’Istituto Officina dei Materiali del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iom) e partner internazionali.
I ricercatori hanno scoperto perché due piccole modifiche chimiche rendono un ribozima, una particolare molecola di RNA capace di accelerare reazioni chimiche, fino a quindici volte più efficiente: una scoperta che potrà aiutare a progettare ribozimi artificiali più performanti, da utilizzare ad esempio in ambito biotecnologico, oltre che comprendere meglio il comportamento di questo tipo di molecola di RNA nelle prime fasi dell'evoluzione della vita.
I ribozimi sono molecole particolari: a differenza della maggior parte degli RNA, che trasportano o regolano l'informazione genetica, sono anche in grado di accelerare reazioni di modificazione delle basi dell'RNA, svolgendo un ruolo analogo a quello degli enzimi. Tuttavia, progettare un ribozima da zero è estremamente complesso e i ribozimi artificiali ottenuti mostrano spesso un'efficienza limitata. Per questo motivo, molti studi sono dedicati a comprendere come aumentarne l'attività e migliorarne le prestazioni.
Il gruppo di ricerca ha studiato un ribozima chiamato MTR1, la cui efficienza era stata migliorata con l’aggiunta di due piccoli gruppi metile, in punti precisi della sua struttura. Un gruppo metile è una delle più piccole unità chimiche esistenti, costituita da un solo atomo di carbonio legato a tre atomi di idrogeno. Pur essendo formato da appena quattro atomi, quando aggiunti al ribozima MTR1 modificarno profondamente la sua l'attività biologica. Finora, però, non era chiaro perché queste modifiche avessero un effetto così marcato.
“Il nostro lavoro mostra che queste modifiche chimiche -che hanno l’effetto di aumentare drasticamente l’attività del ribozima- non intervengono direttamente nella reazione chimica: rendono invece la struttura dell'RNA più rigida, permettendo agli atomi coinvolti nella catalisi di mantenere la disposizione ottimale. Comprendere questo meccanismo ci offre un principio concreto per progettare ribozimi più efficienti”, spiega Jana Aupic (Cnr-Iom), prima autrice dello studio.
Grazie a simulazioni al computer e alla determinazione della struttura tridimensionale della molecola, il team ha, infatti, scoperto a livello atomistico che i due gruppi metile rendono il ribozima meno flessibile, mantenendo nella posizione corretta gli atomi coinvolti nella reazione. In questo modo la reazione avviene più facilmente e in maniera più efficiente. Proprio aver compreso tale meccanismo potrebbe preparare la strada alla progettazione di nuovi ribozimi artificiali per lo sviluppo di catalizzatori sempre più efficienti, con possibili applicazioni future nelle biotecnologie e nelle tecnologie basate sull'RNA.
“Non solo: queste conoscenze potranno anche aiutarci a comprendere meglio il ruolo che l'RNA potrebbe aver avuto nelle prime fasi dell'evoluzione della vita, in quanto i risultati ottenuti rafforzano anche una delle ipotesi più accreditate sull'origine della vita, la cosiddetta ipotesi del mondo a RNA”, aggiunge Alessandra Magistrato (Cnr-Iom), che ha coordinato il team di ricerca.
Secondo questa teoria, prima dell'evoluzione delle proteine furono proprio molecole di RNA a svolgere il ruolo di catalizzatori delle prime reazioni biologiche. Comprendere come piccole modifiche chimiche ne influenzino l'attività aiuta quindi anche a ricostruire i possibili meccanismi che hanno favorito l'evoluzione delle prime forme di vita sulla Terra.
Lo studio è il risultato di una stretta collaborazione internazionale con il gruppo di ricerca guidato da Claudia Höbartner, dell'Università di Würzburg (Germania), da anni impegnato nella progettazione e nello sviluppo di ribozimi artificiali. Lo studio è stato svolto grazie ad un finanziamento PNRR nell’ambito del Il Centro nazionale per lo Sviluppo di Terapia genica e Farmaci con Tecnologia a RNA. (aise)