I ricercatori hanno identificato come due piccole modifiche chimiche possano rendere un ribozima, una particolare forma di RNA capace di velocizzare reazioni chimiche, fino a quindici volte più performante. Questa scoperta potrà facilitare la progettazione di ribozimi artificiali più efficaci, utili in ambito biotecnologico, e migliorare la comprensione del comportamento di queste molecole di RNA nelle primissime fasi dell’evoluzione della vita.
I ribozimi sono molecole uniche: a differenza della maggior parte degli RNA, che si occupano di trasportare o regolare l’informazione genetica, possono anche accelerare reazioni di modifica delle basi dell’RNA, assumendo un ruolo comparabile a quello degli enzimi. Tuttavia, la creazione di un ribozima da zero è estremamente difficile, e quelli artificiali spesso mostrano un’efficienza ridotta. Per questo motivo, molti studi si concentrano su come aumentarne l’attività e migliorare le loro performance.
Il team di ricerca ha esaminato un ribozima chiamato MTR1, la cui efficienza era stata migliorata grazie all’inserimento di due piccoli gruppi metile in punti specifici della sua struttura. Un gruppo metile è una delle unità chimiche più piccole, costituito da un solo atomo di carbonio legato a tre atomi di idrogeno. Nonostante la sua composizione ristretta, l’aggiunta di questi gruppi al ribozima MTR1 altera profondamente la sua attività biologica. Finora, però, non era chiaro perché queste modifiche avessero un impatto così significativo.
“Il nostro studio dimostra che queste modifiche chimiche, che aumentano notevolmente l’attività del ribozima, non influenzano direttamente la reazione chimica: piuttosto, rendono la struttura dell’RNA più rigida, consentendo agli atomi coinvolti nella catalisi di mantenere la disposizione ottimale. Comprendere questo meccanismo ci fornisce un principio concreto per progettare ribozimi più efficienti,” afferma Jana Aupic (Cnr-Iom), prima autrice della ricerca.
Grazie a simulazioni al computer e alla determinazione della struttura tridimensionale della molecola, il team ha scoperto, a livello atomistico, che i due gruppi metile rendono il ribozima meno flessibile, mantenendo gli atomi coinvolti nella reazione nelle posizioni corrette. Così, la reazione avviene in modo più facile ed efficiente. Comprendere tale meccanismo potrebbe aprire la strada alla progettazione di nuovi ribozimi artificiali per sviluppare catalizzatori sempre più efficaci, con possibili applicazioni future nelle biotecnologie e nelle tecnologie basate sull’RNA.
“In aggiunta, queste conoscenze potrebbero aiutarci a comprendere meglio il ruolo che l’RNA ha potuto avere nelle fasi iniziali dell’evoluzione della vita, poiché i risultati ottenuti rinforzano una delle ipotesi più accreditate sull’origine della vita, nota come ipotesi del mondo a RNA,” aggiunge Alessandra Magistrato (Cnr-Iom), che ha guidato il team di ricerca.
Secondo questa teoria, prima che evolvessero le proteine, erano proprio le molecole di RNA a catalizzare le prime reazioni biologiche. Comprendere come piccole modifiche chimiche ne influenzano l’attività è quindi fondamentale anche per ricostruire i possibili meccanismi che hanno sostenuto l’evoluzione delle prime forme di vita sulla Terra.
Questo studio è frutto di una proficua collaborazione internazionale con il gruppo di ricerca guidato da Claudia Höbartner, dell’Università di Würzburg (Germania), noto per il suo lavoro nella progettazione e nello sviluppo di ribozimi artificiali. La ricerca è stata realizzata grazie a un finanziamento PNRR nell’ambito del Centro nazionale per lo Sviluppo di Terapia genica e Farmaci con Tecnologia a RNA.
– foto ufficio stampa Cnr –
