Ogni secondo, nelle cellule del nostro organismo, si svolgono processi molecolari straordinariamente complessi che permettono di trasformare le informazioni contenute nel DNA in proteine, le molecole responsabili della struttura e del funzionamento degli esseri viventi. Tra questi processi, uno dei più delicati è lo splicing dell’RNA, una sorta di “montaggio” genetico che consente alle cellule di selezionare e combinare correttamente le informazioni necessarie alla sintesi proteica.

Ora un nuovo studio coordinato dall’Istituto Officina dei Materiali del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iom) di Trieste ha fatto luce su uno dei meccanismi fondamentali che regolano questa fase cruciale dell’espressione genica. La ricerca, pubblicata come breakthrough article sulla rivista Nucleic Acids Research, rivela infatti come alcune molecole di RNA riescano a riconoscersi e interagire con estrema precisione grazie a un sofisticato meccanismo molecolare finora sconosciuto.

Quando un gene viene attivato, l’informazione contenuta nel DNA viene prima trascritta in una molecola intermedia chiamata RNA messaggero. Tuttavia, questa copia iniziale contiene sia sequenze utili sia regioni che devono essere eliminate prima che l’informazione possa essere tradotta in proteina. È qui che entra in gioco lo splicing, un processo che taglia e ricompone l’RNA, rimuovendo le sequenze superflue e collegando tra loro quelle necessarie. Il risultato finale è una molecola pronta per guidare la produzione proteica.

Si tratta di un meccanismo essenziale per il corretto funzionamento delle cellule. Errori nello splicing sono, infatti, associati a numerose patologie, tra cui diverse forme di tumore e malattie neurodegenerative. Comprendere come avvenga il riconoscimento delle sequenze corrette rappresenta, quindi, una delle grandi sfide della biologia molecolare contemporanea.

Lo studio è stato guidato da Pavlína Pokorná e Alessandra Magistrato del Cnr-Iom, in collaborazione con il gruppo di Vladimir Pena dell’Institute of Cancer Research di Londra. Grazie all’utilizzo di avanzate simulazioni computazionali, i ricercatori sono riusciti a osservare il comportamento delle molecole coinvolte nello splicing a livello atomico, raggiungendo un grado di dettaglio impossibile da ottenere con le sole tecniche sperimentali tradizionali.

L’analisi ha permesso di identificare un meccanismo che gli autori descrivono come una sorta di “molla caricata”. In pratica, alcune proteine coinvolte nello splicing mantengono una molecola di RNA in uno stato di tensione energetica. Quando queste proteine si staccano, l’energia accumulata viene rilasciata e utilizzata dall’RNA per riconoscere correttamente specifiche sequenze genetiche presenti nell’RNA messaggero. Questo sistema consente alla cellula di eseguire il processo con una precisione straordinaria, riducendo il rischio di errori che potrebbero compromettere la produzione delle proteine.

Uno degli aspetti più innovativi della ricerca riguarda la possibilità di osservare passaggi intermedi del processo di splicing che finora erano rimasti nascosti. Le tecniche di biologia strutturale permettono infatti di ottenere “fotografie” delle molecole, ma spesso non riescono a catturare i movimenti e le trasformazioni dinamiche che avvengono durante il loro funzionamento.

L’integrazione tra dati sperimentali e simulazioni atomistiche ha consentito ai ricercatori di colmare questa lacuna. «Per noi è stato particolarmente interessante riuscire a collegare dati strutturali e simulazioni atomistiche, per caratterizzare passaggi intermedi del processo di riconoscimento di splicing che finora erano rimasti invisibili alle tecniche di biologia strutturale», spiega Alessandra Magistrato, dirigente di ricerca del Cnr-Iom presso la SISSA di Trieste.

Secondo la ricercatrice, questa sinergia tra approcci sperimentali e computazionali permette oggi di comprendere con un livello di accuratezza senza precedenti il funzionamento di sistemi biologici estremamente complessi. Oltre a migliorare la comprensione dei meccanismi fondamentali della vita cellulare, la scoperta potrebbe avere importanti ricadute in ambito biomedico. Molte malattie sono, infatti, legate ad alterazioni dello splicing. In diversi tumori, ad esempio, il processo di elaborazione dell’RNA risulta compromesso, portando alla produzione di proteine difettose o alla mancata sintesi di proteine essenziali.

«Per la prima volta siamo riusciti a visualizzare i processi dinamici dello splicing con tale livello di dettaglio ed è stato davvero affascinante osservare queste molecole all’opera», sottolinea Pavlína Pokorná, prima autrice dello studio.

La ricercatrice evidenzia, inoltre, come l’approccio sviluppato dal team possa essere applicato anche ad altri processi cellulari complessi, contribuendo ad ampliare la nostra comprensione dell’espressione genica.

Sostenuta dall’Associazione Italiana per la Ricerca sul Cancro (AIRC), la ricerca aggiunge così un nuovo tassello alla comprensione dei meccanismi che governano l’espressione dei geni e apre prospettive promettenti per lo studio di patologie complesse, in particolare quelle oncologiche. Capire come le cellule leggono, interpretano e modificano le informazioni contenute nell’RNA significa, infatti, comprendere uno dei linguaggi fondamentali della vita. E ogni nuova parola decifrata in questo linguaggio potrebbe tradursi, in futuro, in nuove opportunità terapeutiche.