Un nuovo enzima sintetico, realizzato dal DNA piuttosto che dalle proteine, capovolge le molecole lipidiche all'interno della membrana cellulare, innescando una via di segnale che potrebbe essere sfruttata per indurre la morte cellulare nelle cellule tumorali.

I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign e dell'Università di Cambridge affermano che il loro enzima DNA che rimescola i lipidi è il primo della sua classe a superare gli enzimi naturali – e lo fa di tre ordini di grandezza. Hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

"Le membrane cellulari sono rivestite con un diverso insieme di molecole all'interno e all'esterno, e le cellule dedicano molte risorse al mantenimento di questo, " ha affermato il leader dello studio Aleksei Aksimentiev, un professore di fisica all'Illinois. "Ma in alcuni momenti della vita di una cellula, l'asimmetria deve essere smantellata. Poi i segni che erano dentro diventano fuori, che invia segnali per determinati processi, come la morte cellulare. Ci sono enzimi in natura che lo fanno chiamati scramblasi. Però, in alcune malattie in cui le scramblas sono carenti, questo non avviene correttamente. Il nostro scramblase sintetico potrebbe essere una strada per la terapia".

Il gruppo di Aksimentiev ha scoperto l'attività di scramblasi del DNA osservando le strutture del DNA che formano pori e canali nelle membrane cellulari. Hanno usato il supercomputer Blue Waters presso il National Center for Supercomputing Applications dell'Illinois per modellare i sistemi a livello atomico. Hanno visto che quando alcune strutture di DNA si inseriscono nella membrana - in questo caso, un fascio di otto filamenti di DNA con colesterolo alle estremità di due filamenti:i lipidi nella membrana attorno al DNA iniziano a mescolarsi tra gli strati della membrana interna ed esterna.

Per verificare l'attività di scramblasi prevista dai modelli al computer, Il gruppo di Aksimentiev in Illinois ha collaborato con il gruppo del professor Ulrich Keyser a Cambridge. Il gruppo di Cambridge ha sintetizzato l'enzima del DNA e lo ha testato in bolle di membrana modello, chiamate vescicole, e poi nelle cellule di cancro al seno umano.

"I risultati mostrano in modo molto conclusivo che la nostra nanostruttura del DNA facilita effettivamente il rapido rimescolamento dei lipidi, " ha detto Alexander Ohmann, uno studente laureato a Cambridge e co-primo autore del documento insieme allo studente laureato dell'Illinois Chen-Yu Li. "La cosa più interessante, l'elevata velocità di capovolgimento indicata dalle simulazioni di dinamica molecolare sembra essere dello stesso ordine di grandezza negli esperimenti:fino a mille volte più veloce di quanto precedentemente dimostrato per gli scramblas naturali".

Da solo, la DNA scramblasi produce la morte cellulare indiscriminatamente, ha detto Aksimentiev. Il prossimo passo è accoppiarlo con sistemi di targeting che cercano specificamente determinati tipi di cellule, alcuni dei quali sono già stati sviluppati per altri agenti del DNA.

"Stiamo anche lavorando per rendere queste strutture scramblase attivate dalla luce o da qualche altro stimolo, quindi possono essere attivati ​​solo su richiesta e possono essere disattivati, " ha detto Aksimentiev.

"Anche se abbiamo ancora molta strada da fare, questo lavoro mette in evidenza l'enorme potenziale delle nanostrutture di DNA sintetico con possibili applicazioni per farmaci e terapie personalizzate per una varietà di condizioni di salute in futuro, " disse Ohmann.