Gli RNA di trasferimento (tRNA) sono tra i tipi più comuni di RNA in una cellula e sono indispensabili per la produzione di proteine in tutti gli organismi conosciuti. Hanno un’importante funzione di “traduzione”: determinano come la sequenza di acidi nucleici, in cui è codificata l’informazione genetica, viene trascritta in una sequenza di amminoacidi da cui vengono costruite le proteine.
Gli RNA di trasferimento sono generati da tRNA precursori (pre-tRNA), che vengono convertiti in diversi passaggi nel tRNA maturo con una struttura tridimensionale complessa. In alcuni tRNA, ciò include una fase in cui viene asportata una determinata sezione, nota come introne. Negli esseri umani, il endonucleasi di splicing del tRNA (TSEN) svolge questo compito.
Anche l’enzima RNA chinasi CLP1, che si lega direttamente al TSEN, svolge un ruolo nel garantire la corretta conversione dei tRNA. Se TSEN e CLP1 non sono in grado di interagire tra loro a causa di una mutazione genetica, sembra che neanche i tRNA possano più formarsi correttamente. Le conseguenze di ciò si vedono spesso nello sviluppo di disturbi neurodegenerativi. Uno di questi è l’ipoplasia pontocerebellare, che porta a gravi disabilità e morte prematura nella prima infanzia. Questo rarissimo disturbo progressivo si manifesta in uno sviluppo anomalo del cervelletto e del ponte, una parte del tronco encefalico.
Sebbene l’attività del TSEN sia essenziale per la vita, fino ad oggi era per lo più poco chiaro come l’enzima leghi i pre-tRNA e come vengano asportati gli introni. La mancanza di una struttura tridimensionale dell’enzima ha inoltre reso difficile valutare i cambiamenti innescati da specifiche mutazioni patogene. Mediante la microscopia crioelettronica (cryo-EM) condotta presso le strutture dell’Università Julius-Maximilians di Würzburg e dell’Istituto di Biochimica della Goethe University di Francoforte, i ricercatori guidati dal Dr. Simon Trowitzsch dell’Istituto di Biochimica della Goethe University hanno ora è riuscito a far luce sulla struttura tridimensionale di un complesso TSEN/pre-tRNA.
Con l’aiuto delle loro ricostruzioni crio-EM, il team di ricerca è stato in grado di mostrare per la prima volta come TSEN interagisce con il pre-tRNA a forma di L. TSEN quindi asporta l’introne dal braccio lungo della L. “In primo luogo, TSEN si posiziona nell’angolo della L. Può quindi riconoscere sia il braccio corto che quello lungo, nonché l’angolo tra di loro”, spiega Trowitzsch.
La subunità TSEN 54 (TSEN54) svolge un ruolo chiave nel riconoscimento pre-tRNA, come i ricercatori sono stati ora in grado di confermare. La subunità funge da “righello molecolare” e misura la distanza tra il braccio lungo e quello corto della L. In questo modo, TSEN riconosce in quale punto il pre-tRNA deve essere scisso per rimuovere l’introne.
Le nuove scoperte sull’interazione dell’RNA chinasi CLP1 e della subunità TSEN TSEN54 sono state una sorpresa: CLP1 evidentemente si lega a una regione non strutturata e quindi molto flessibile di TSEN54. È proprio questa regione che contiene un aminoacido più frequentemente mutato nei pazienti con ipoplasia pontocerebellare. “Per noi, questa è un’indicazione importante che lo sviluppo di farmaci in futuro dovrebbe concentrarsi sul mantenimento dell’interazione di TSEN e CLP1”, è convinto Samoil Sekulovski, primo autore dello studio.
Gli scienziati ora sperano che i dati strutturali consentano di simulare modelli che possono essere utilizzati per la ricerca di potenziali sostanze attive. Trowitzsch riassume: “Anche se una terapia promettente è ancora molto lontana da noi, la nostra struttura costituisce davvero una solida base per una migliore comprensione di come funziona TSEN e quali sono i modelli di malattia dei suoi mutanti”.
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