News

COMUNICATO STAMPA: Un nuovo strumento per prevedere la stabilità degli ibridi RNA/DNA nelle cellule

Location
Trieste 28.11.2023 | Applied Physics, Bio-technology

In uno studio, recentemente pubblicato sul Journal of the American Chemical Society, un gruppo di ricerca ha descritto un nuovo strumento per prevedere la stabilità dei doppi filamenti (duplex) ibridi RNA/DNA nelle cellule. Per ottenere questo risultato, che potrebbe avere importanti applicazioni terapeutiche, il team di ricerca – che comprende scienziati del FIBER-Frontier Institute for Biomolecular Engineering Research (Università di Konan, Giappone) e dell’Istituto Nazionale di Chimica (Lubiana, Slovenia) – ha lavorato nel contesto del Central European Research Infrastructure Consortium (CERIC-ERIC).

La formazione di duplex ibridi RNA/DNA è una fase cruciale di importanti processi biologici, come l’avvio della replicazione, l’allungamento della trascrizione e la trascrizione inversa. Inoltre, diversi approcci di terapia genetica, tra cui CRISPR-Cas9 e il silenziamento genico ASO, si basano su un’efficace ibridazione di due filamenti genetici. Questo processo è regolato dalla formazione dei cosiddetti R-loop (strutture di acido nucleico associate a duplex ibridi e DNA a singolo filamento), che possono inibire la trascrizione, causando disturbi neurologici e neoplasie. Predire la stabilità degli R-loops nelle cellule, che a sua volta dipende dalla stabilità dei doppi filamenti ibridi, è quindi fondamentale per studiare la patogenesi di diverse malattie con un forte impatto sociale.

Tuttavia, se la stabilità dei duplex ibridi è stata studiata a fondo in vitro, difficilmente le conoscenze ottenute possono essere applicate alle cellule viventi: tali ambienti sono infatti caratterizzati da una distribuzione eterogenea di biomolecole e organelli cellulari, un vero e proprio affollamento molecolare che ha un profondo impatto sulle proprietà biofisiche e biochimiche (ad esempio pressione osmotica, viscosità, costante dielettrica…) dell’ambiente intracellulare. Il gruppo di ricerca ha studiato gli effetti di queste condizioni sulla termodinamica e sulle strutture dei duplex ibridi RNA/DNA, aggiungendo cosoluti sintetici (selezionati per la loro elevata solubilità in acqua e per l’interazione chimica molto bassa che presentano con il duplex) e analizzando la soluzione con test termodinamici e di risonanza magnetica nucleare (NMR).

I ricercatori hanno così scoperto che la stabilità del duplex si riduce in condizioni di affollamento e che tale riduzione varia in modo significativo a seconda della conformazione del duplex ibrido: infatti, gli studi NMR dei duplex ibridi in tali condizioni di affollamento hanno dimostrato la transizione da una conformazione di tipo B a una di tipo A. “La sfera di idratazione del duplex ibrido di tipo A contiene più molecole d’acqua rispetto a quello di tipo B – spiega la Dottoressa Dipanwita Banerjee, ricercatrice presso il FIBER (Università di Konan) e prima autrice dell’articolo – A causa di questa significativa differenza nel numero di idratazione, la conformazione di tipo A è maggiormente destabilizzata in condizioni di affollamento rispetto alla conformazione di tipo B”.
“Abbiamo quindi potuto sviluppare una serie di parametri che predicono la stabilità di duplex ibridi con dissimmetrie conformazionali in diverse condizioni di affollamento”- aggiunge la Dottoressa Maria Toplishek, ricercatrice presso lo Slovenian NMR Centre dell’Istituto Nazionale di Chimica. È interessante notare, in questo contesto, che tali previsioni fossero coerenti con i risultati sperimentali ottenuti nelle cellule viventi.

“Non sarebbe stato possibile raggiungere questi risultati senza le tecniche all’avanguardia messe a disposizione da CERIC-ERIC”, spiega il Prof. Naoki Sugimoto, Direttore di FIBER. “In effetti, questa ricerca è un chiaro esempio di scienza eccellente e di collaborazione a livello mondiale sostenuta dal Consorzio” aggiunge il Prof. Janez Plavec, Direttore dello Slovenian NMR Centre.

Questi risultati consentono innanzitutto di applicare le previsioni di stabilità degli ibridi a doppio filamento per spiegare i diversi fenomeni biologici, comprendendo la regolazione della trascrizione mediata dall’R-loop e altri processi cruciali che avvengono all’interno di in una cellula vivente. Inoltre, i parametri derivati potrebbero, in futuro, permettere di stimare con successo l’efficienza delle tecniche CRISPR-Cas9 e ASO, aiutando a sviluppare nuovi farmaci più efficaci e a migliorare le opzioni terapeutiche per i tumori, i disturbi neurologici e altre malattie legate alla stabilità dei duplex RNA/DNA.

CERIC-ERIC è un consorzio di infrastrutture di ricerca fondato dalla Commissione Europea nel 2014. Offre ai ricercatori e all’industria un unico punto di accesso a più di 60 tecniche e laboratori in otto Paesi dell’Europa centrale e orientale per la ricerca multidisciplinare a livello micro e nano nei settori dei materiali avanzati, dei biomateriali e delle nanotecnologie.

ARTICOLO ORIGINALE:

In-cell stability prediction of RNA/DNA hybrid duplexes for designing oligonucleotides aimed at therapeutics

CONTATTI: Ufficio Stampa CERIC-ERIC: press@ceric-eric.eu
Marcello Turconi, marcello.turconi@ceric-eric.eu