A volte basta aggiungere pochi atomi per trasformare il comportamento di una molecola. È quanto dimostra uno studio pubblicato su Nature Communications, realizzato da Cnr-Iom insieme a partner internazionali.
Ribozimi resi super-reattivi
I ricercatori hanno svelato perché due piccole modifiche chimiche possono rendere un ribozima fino a quindici volte più efficiente. Questa scoperta pone le basi per progettare ribozimi artificiali più performanti in campo biotecnologico e aiuta a comprendere il loro ruolo nell’evoluzione della vita.
I ribozimi sono molecole di RNA che, diversamente dalla maggior parte degli RNA impegnati in trasporto o regolazione dell’informazione genetica, possiedono anche attività catalitica, simile a quella degli enzimi. Tuttavia, la progettazione di ribozimi artificiali è complessa e molti sono poco efficienti. Per questo motivo la ricerca si concentra su come aumentarne l’attività e migliorarne le prestazioni.
L’effetto dei gruppi metile sul ribozima MTR1
Il team ha studiato il ribozima MTR1, resosi più efficiente grazie all’aggiunta di due gruppi metile in punti specifici della struttura. Un gruppo metile, composto da un solo atomo di carbonio e tre di idrogeno, è tra le modifiche chimiche più piccole note ma ha effetti profondi. Dopo l’aggiunta al ribozima MTR1, la sua attività è mutata notevolmente, senza però essere chiaro il perché.
«Il nostro lavoro mostra che queste modifiche chimiche, pur aumentando drasticamente l’attività, non agiscono direttamente sulla reazione chimica, ma rendono la struttura dell’RNA più rigida. Così gli atomi catalitici mantengono la disposizione ottimale. Comprendere questo meccanismo fornisce un principio concreto per progettare ribozimi più efficienti», spiega Jana Aupic (Cnr-Iom), prima autrice dello studio.
Attraverso simulazioni al computer e analisi strutturali tridimensionali, il gruppo ha rivelato come i gruppi metile riducano la flessibilità della molecola e fissino nella posizione ideale gli atomi coinvolti. La reazione catalitica avviene così più facilmente e in modo più efficace. Questa comprensione apre nuove strade per progettare catalizzatori RNA destinati alle biotecnologie e alle applicazioni terapeutiche.
Dall’origine della vita alle future applicazioni
«Non solo: queste conoscenze ci aiuteranno anche a capire il ruolo dell’RNA nelle prime fasi dell’evoluzione della vita, sostenendo l’ipotesi del mondo a RNA», commenta Alessandra Magistrato (Cnr-Iom), coordinatrice della ricerca.
Secondo questa teoria, prima della comparsa delle proteine, furono proprio le molecole di RNA ad attivare le prime reazioni biologiche. Capire come modifiche minime influenzino l’attività aiuta a ricostruire i meccanismi che hanno favorito l’evoluzione della vita sulla Terra.
Lo studio nasce da una collaborazione internazionale con il gruppo di Claudia Höbartner dell’Università di Würzburg, esperta nella progettazione di ribozimi artificiali. La ricerca è stata resa possibile grazie a un finanziamento PNRR nell’ambito del Centro nazionale per lo Sviluppo di Terapie geniche e Farmaci a RNA.
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