I ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova e del Laboratorio Europeo di Biologia Molecolare (EMBL) di Grenoble hanno svelato come il processo di regolazione genica può essere modulato utilizzando piccole molecole.
Lo studio pubblicato su Nature Communications pone le basi per una possibile, futura individuazione di nuovi farmaci in grado di agire direttamente su mutazioni o modificazioni genetiche che alterano il processo di espressione dei geni, intervenendo così ad esempio sull’insorgenza di tumori o malattie genetiche.
Il corretto funzionamento delle cellule dipende in larga misura dalla capacità di controllare l’espressione dei geni: un processo complesso, attraverso cui le informazioni contenute nel DNA vengono copiate nell’RNA per dare origine a tutte le proteine e alla maggior parte delle molecole regolatrici della cellula.
Lo studio è stato coordinato da Marco De Vivo, principal investigator del Molecular Modeling & Drug Discovery Lab e associate director per la Computazione dell’IIT a Genova, e da Marco Marcia, group leader all’EMBL di Grenoble.
Come si è svolto lo studio
Lo studio ha visto la messa in campo delle competenze dell’EMBL e della Partnership per la Biologia strutturale di Grenoble in biochimica, biofisica e biologia strutturale, che hanno permesso di ottenere le fotografie a raggi-X del processo. A tal fine, è stata utilizzata la beamline altamente automatizzata MASSIF-1 dell’EMBL e dello European Radiation Synchrotron Facility (ESRF). A queste si sono poi aggiunte le competenze di simulazione computazionale dell’IIT, grazie a cui è stato possibile studiare i dettagli delle interazioni chimico-fisiche tra le molecole coinvolte.
Lo studio si è concentrato sullo splicing, uno dei livelli chiave di controllo del processo di espressione genica durante il quale le macchine molecolari nella cellula “tagliano e incollano” sequenze specifiche di RNA per crearne versioni funzionali. Queste versioni “mature” dell’RNA svolgono varie funzioni, tra cui quella di fungere da istruzioni per la produzione di proteine o direttamente da regolatori di vari processi cellulari.
“Studiare la reazione di splicing dell’RNA, ovvero il “taglia e cuci”, è molto complesso sia per le reazioni chimiche che per gli attori molecolari coinvolti, quali l’RNA, le proteine, gli ioni e le molecole di acqua. Grazie a tecniche moderne di simulazione molecolare abbiamo ottenuto una comprensione dettagliata di quello che accade, e di come si può intervenire per modulare lo splicing. Il nostro studio ci ha già permesso di sintetizzare nuove molecole simili a farmaci in grado di modulare lo splicing in un nuovo modo, specifico e molto efficace”, ha commentato Marco De Vivo.
Molecole che sono state oggetto di un brevetto depositato dai ricercatori dell’IIT e dell’EMBL, con il supporto l’ufficio dell’EMBL dedicato al trasferimento di tecnologia. Il futuro miglioramento di tali composti potrebbe permettere, secondo i ricercatori, di modulare la produzione di proteine che originano da geni difettosi o mutati.
“Visualizzare a livello atomico la modulazione dello splicing è emozionante. Ci permette di controllare una delle reazioni fondamentali che permettono la vita. In futuro, continuando ad integrare i nostri studi biologici sperimentali, con quelli chimici e computazionali dei nostri collaboratori, mireremo a un obiettivo ambizioso, quello di sviluppare nuovi farmaci antibatterici e antitumorali”, ha sottolineato Marco Marcia.
La ricerca aderisce all’iniziativa RNA Flagship dell’Istituto Italiano di Tecnologia dedicata allo sviluppo e all’applicazione di nuove tecnologie a base di RNA.
