L’interazione tra acido ribonucleico (RNA) e proteine non è importante solo per il mantenimento dell’omeostasi cellulare, ma è anche al centro del tiro alla fune tra virus e ospite. Fino ad ora, non esisteva alcun metodo per mappare globalmente le interazioni dirette delle singole regioni dell’RNA in modo imparziale senza la necessità di modificare geneticamente l’RNA o la cellula bersaglio. I ricercatori dell’Istituto Helmholtz per la ricerca sulle infezioni basate sull’RNA (HIRI) di Würzburg e del Broad Institute del MIT e di Harvard negli Stati Uniti hanno ora sviluppato uno strumento innovativo che supera questa limitazione. I loro risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Ricerca sugli acidi nucleici.
Quando i virus RNA, incluso il coronavirus SARS-CoV-2, infettano le nostre cellule, utilizzano elementi regolatori di RNA per reclutare proteine del virus e dell’ospite al fine di eseguire il proprio programma di espressione genica e consentire la produzione di progenie virale. Comprendere le interazioni degli RNA virali e gli elementi regolatori in essi contenuti è quindi il primo passo verso l’identificazione delle vulnerabilità nel processo di replicazione virale e la facilitazione della progettazione razionale di nuovi antivirali.
Il metodo
I ricercatori dell’Helmholtz Institute for RNA-based Infection Research (HIRI) di Würzburg, in collaborazione con il Broad Institute del MIT e Harvard negli Stati Uniti, hanno recentemente sviluppato un nuovo metodo che, per la prima volta, consente di scoprire le interazioni per regioni specifiche all’interno di una molecola di RNA bersaglio. Utilizzando la spettrometria di massa, la tecnica, denominata SHIFTR, consente la mappatura imparziale e completa delle proteine che interagiscono con una specifica sequenza di RNA, nelle cellule viventi e senza modifiche genetiche.
“Fino ad ora non era stato possibile studiare l’interazione tra proteine e singole regioni di RNA nelle cellule vive senza manipolazione genetica, ad esempio aggiungendo sequenze di tag all’RNA bersaglio. Il nostro metodo, chiamato SHIFTR, finalmente fornisce questo ed è facile Oltre alla risoluzione regionale, SHIFTR richiede anche ordini di grandezza in meno di materiale di input rispetto allo stato dell’arte, è altamente scalabile ed economico”, spiega Mathias Munschauer, che guida un gruppo di ricerca presso il Helmholtz Institute Würzburg, sede del Centro Helmholtz di Braunschweig per la ricerca sulle infezioni (HZI) in collaborazione con la Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg.
“Con questo nuovo strumento possiamo determinare le interazioni praticamente per ogni RNA cellulare e ogni elemento regolatore all’interno di questi RNA”, afferma Jens Aydin, uno studente di dottorato nel gruppo di ricerca di Mathias Munschauer e primo autore dello studio in Ricerca sugli acidi nucleici. “Questo può cambiare radicalmente il modo in cui guardiamo l’RNA nella cellula: una pietra miliare cruciale”, aggiunge Munschauer.
SARS-CoV-2 al centro dell’attenzione
Utilizzando il nuovo metodo, il gruppo di ricerca è riuscito a fare ulteriore luce sul processo di replicazione di SARS-CoV-2. Gli scienziati hanno esaminato separatamente diverse regioni di sequenza all’interno degli autentici RNA SARS-CoV-2 prodotti durante l’infezione e sono stati in grado di interrogare per la prima volta le regioni terminali 5′ e 3′ dell’RNA virale. È noto che queste regioni contengono elementi regolatori non tradotti che controllano la sintesi proteica e la stabilità dell’RNA, nonché la replicazione del genoma virale. Oltre agli interattori noti, hanno scoperto interazioni precedentemente sconosciute con proteine legate alla biogenesi degli RNA virali. Alcune di queste interazioni recentemente scoperte potrebbero servire come bersagli per terapie antivirali innovative.
In futuro, SHIFTR potrà essere sfruttato per comprendere meglio come i trascrittomi cellulari, l’insieme delle molecole di RNA in una cellula, sono regolati in salute e in malattia, il che potrebbe scoprire nuove interdipendenze regolatorie e bersagli farmacologici. Inoltre, i ricercatori possono anche utilizzare la piattaforma SHIFTR per caratterizzare il modo in cui le terapie basate sull’RNA si interfacciano con il meccanismo regolatorio della cellula bersaglio, il che potrebbe ispirare sforzi per progettare farmaci ottimizzati basati sull’RNA, come i vaccini a mRNA.
Finanziamento
Lo studio è stato sostenuto dal finanziamento del programma Helmholtz Young Investigator Group, del Consiglio europeo della ricerca (CER) e della rete di ricerca FOR-COVID. Nora Schmidt è stata inoltre finanziata attraverso il programma di borse di studio a lungo termine dell’EMBO. L’Associazione Helmholtz ha fornito il finanziamento per la tariffa di accesso aperto.
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