Struttura della proteina ingegnerizzata RbFox con i domini funzionali evidenziati con diversi colori. (Archivio CIBIO, UniTrento)

Ricerca

UNA PROTEINA INGEGNERIZZATA CHE BLOCCA LE CELLULE TUMORALI

È il risultato di una collaborazione di ricerca tra le Università di Trento e di Washington

4 novembre 2016
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di Paolo Macchi e Lorena Zubovic
Rispettivamente responsabile e assegnista di ricerca del Laboratory of Molecular and Cellular Neurobiology, CIBIO, UniTrento.

La regolazione dell’espressione genica è alla base di molti importanti processi cellulari tra cui lo sviluppo e il differenziamento ma, quando è alterata, è anche causa di aberrazioni quali la tumorigenesi. Tale regolazione è una complessa rete di interazioni tra le singole proteine, tra acidi nucleici (DNA ed RNA) e tra proteine ed acidi nucleici. Le proteine che regolano gli RNA nella cellula, in particolare, svolgono un ruolo chiave in questo processo attraverso un’interazione specifica con determinati RNA. I micro-RNA (o semplicemente miRNA) sono corte sequenze di RNA che regolano l'attività dei geni e contribuiscono al normale sviluppo e funzionalità delle cellule.

Negli ultimi anni i miRNA sono stati studiati anche in un contesto patologico quale il cancro. Un’alterata espressione dei miRNA attiva infatti una serie di eventi che portano ad una trasformazione neoplastica della cellula, allo sviluppo di metastasi e quindi a una cattiva prognosi in pazienti oncologici. In questo contesto miR-21 è uno dei miRNA più studiati poiché alti livelli di miR-21 determinano un aumento dell’espressione di geni onco-promotori e una riduzione di geni onco-soppressori. Rbfox è una famiglia di proteine caratterizzate dalla presenza di una regione che riconosce e lega in maniera specifica – come una chiave con la sua serratura – specifici RNA. Le proteine Rbfox legano anche alcuni miRNA ma non miR-21. 

Lo studio è il risultato di una collaborazione tra due laboratori che lavorano in campi diversi della biologia: quello della biologia strutturale e quello della biologia molecolare e cellulare. Aver messo insieme e con successo conoscenze e competenze di gruppi di ricerca provenienti da settori diversi della biologia è stato stimolante ed estremamente interessante. Lo scopo della ricerca è stato duplice: da un lato ingegnerizzare la regione di Rbfox che lega gli RNA in modo tale da poter legare esclusivamente miR-21; dall’altro rendere Rbfox capace di degradare miR-21 una volta legato ad essa. Bloccando miR-21 e causandone la degradazione è stato possibile contrastare la progressione della cellula verso un destino di tumorale. 

Utilizzando conoscenze e modelli predittivi della biologia strutturale, ridisegnando il dominio di Rbfox che lega gli acidi nucleici in modo da renderlo specifico per uno determinato miRNA ed unendogli una porzione di un’altra proteina che degrada l’RNA, abbiamo creato per la prima volta una proteina Rbfox ingegnerizzata la quale, una volta dentro la cellula tumorale, è in grado non solo di legare in modo specifico miR-21 ma anche di degradarlo.

Si confermano ancora una volta l’importanza e le ricadute applicative della ricerca di base. La ricerca di base, infatti, ha permesso di conoscere la struttura delle regioni delle proteine coinvolte nell’interazione con gli acidi nucleici, nonché di scoprire i miRNA ed il loro coinvolgimento in processi sia fisiologici che patologici. L’interazione tra proteine e RNA è molto complessa e capire come ciò avvenga - ed è regolata - permetterebbe di creare, ad esempio, molecole ingegnerizzate con nuove proprietà biologiche, per scopi non solo di ricerca ma anche terapeutici, fornendo nuove munizioni all’arsenale - ancora troppo limitato - di agenti chimici e biologici in grado di alterare la funzione dell’RNA responsabile dello sviluppo di malattie croniche ed ereditarie.

La ricerca, pubblicata su “Nature Chemical Biology” con un articolo dal titolo “Targeted inhibition of oncogenic miR-21 maturation with designed RNA-binding proteins”, è frutto di una collaborazione internazionale tra il Laboratory of Molecular and Cellular Neurobiology del Centro per la biologia integrata – CIBIO, Università di Trento e il Department of Chemistry, Washington University, diretto da Gabriele Varani. Per l’Università di Washington gli autori sono Gabriele Varani, Yu Chen, Fan Yang, Tom Pavelitz, Wen Yang, Katherine Godin, Matthew Walker, Suxin Zheng; per l’Università di Trento sono Paolo Macchi e Lorena Zubovic.