La ricerca, condotta da un team di scienziati guidato dal professor Hashim M. Al-Hashimi della Duke University, si è concentrata su una macchina molecolare nota come RNA polimerasi, che funge da regolatore principale della trascrizione. Questa macchina molecolare legge il codice genetico nel DNA e lo utilizza come modello per costruire molecole di mRNA che trasportano le istruzioni genetiche ad altre parti della cellula per la sintesi proteica.
Una delle sfide durante la trascrizione è la possibilità che l'RNA polimerasi scivoli o si blocchi, portando a errori nella sintesi dell'mRNA e mutazioni potenzialmente dannose nelle informazioni genetiche della cellula. Per prevenire questi errori, le cellule impiegano un sofisticato meccanismo di correzione di bozze che coinvolge una regione all'interno della RNA polimerasi nota come "righello molecolare".
Il professor Al-Hashimi e il suo team hanno scoperto che il righello molecolare raggiunge la sua precisione non mediante misurazioni precise ma piuttosto attraverso cambiamenti conformazionali dinamici che consentono alla RNA polimerasi di "percepire" rapidamente quando la trascrizione procede in modo errato. Questa flessibilità garantisce che eventuali errori vengano rilevati e corretti prima che portino ad alterazioni permanenti nella molecola di mRNA.
Il team di ricerca ha utilizzato tecniche biofisiche avanzate, tra cui il trasferimento di energia per risonanza di fluorescenza a singola molecola (smFRET) e simulazioni di dinamica molecolare, per scoprire la natura dinamica del governatore molecolare e il suo ruolo nel mantenimento della fedeltà trascrizionale. Queste tecniche hanno fornito informazioni in tempo reale sui cambiamenti strutturali che si verificano durante la trascrizione e hanno permesso agli scienziati di osservare il righello molecolare in azione.
I risultati gettano nuova luce sull'interazione critica tra dinamica strutturale e funzione biologica nei processi cellulari, rivelando l'eleganza e la precisione dei meccanismi molecolari che le cellule impiegano per garantire l'accuratezza nel trasferimento delle informazioni. La comprensione di questi meccanismi ha potenziali implicazioni nella comprensione e nel trattamento delle malattie e dei disturbi genetici che derivano da errori nella trascrizione del DNA-RNA.
Lo studio, pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature, evidenzia l’importanza della ricerca interdisciplinare all’interfaccia tra chimica, biologia e fisica nel far progredire la nostra comprensione dei processi cellulari complessi. Scoprendo i segreti del trasferimento delle informazioni cellulari, gli scienziati continuano ad aprire la strada ad approcci innovativi nel campo della genetica, aprendo nuove strade per la diagnosi e il trattamento delle malattie.
