L'RNA è stato sotto i riflettori per il suo ruolo da protagonista nella tecnologia dei vaccini all'avanguardia, ma le molecole di RNA sono anche attori chiave nel funzionamento interno delle cellule.
Questo exploit dell'RNA, meno esplorato, è oggetto di un nuovo studio condotto dall'Università di Buffalo, pubblicato il 6 novembre su Nature Chemistry .
Il lavoro esamina il ruolo svolto dalla temperatura quando le molecole di RNA subiscono la separazione di fase per formare condensati simili a gel fisicamente distinti. Questi condensati sono strutture specializzate e prive di membrana coinvolte in vari processi cellulari e sono state associate a disturbi neurodegenerativi.
In definitiva, lo studio potrebbe contribuire a portare a nuovi modi di pensare alla biologia, alla biofisica e ad altri campi di studio.
"La separazione di fase delle biomolecole ha in un certo senso rivoluzionato il nostro modo di pensare su come le cellule compartimentalizzano i processi", afferma Priya Banerjee, Ph.D., professore associato presso il Dipartimento di Fisica dell'UB, presso il College of Arts and Sciences, che ha guidato lo studio.
"La maggior parte degli studi sono stati incentrati sulle proteine, con l'idea che le proteine formano questi condensati simili a liquidi, e noi eravamo molto interessati a ciò che l'RNA fa in questo processo. Finora, gli studi si sono limitati a esaminare come l'RNA può regolare le proteine separazione di fase, quindi considerando l'RNA più che un ruolo regolatore."
Lo studio è stato condotto in collaborazione con Rohit Pappu, Ph.D., Gene K. Beare Distinguished Professor di ingegneria biomedica presso la Washington University di St. Louis, e Venkat Gopalan, Phd, professore di chimica e biochimica presso la Ohio State University. /P>
Banerjee e Gable Wadsworth, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Banerjee e primo autore dello studio, sono rimasti incuriositi dal modo in cui l'RNA potrebbe uscire dal suo ruolo regolatore e separarsi da solo. Attraverso uno sforzo investigativo sistematico, hanno concluso che tutte le molecole di RNA sembrano avere un comportamento di fase a temperatura critica della soluzione (LCST) inferiore, dove la separazione di fase è favorita a temperature elevate. Ciò che li ha davvero sorpresi, però, è stato che anche il polifosfato, la struttura portante dell'RNA priva delle basi azotate e del gruppo ribosio, ha mostrato un comportamento di fase LCST.
Per andare a fondo di questo fenomeno osservato, Banerjee e Wadsworth hanno collaborato con Pappu e il suo gruppo per comprendere i meccanismi alla base del comportamento.
"Abbiamo utilizzato calcoli e parte della nostra comprensione teorica dei comportamenti della fase LCST e ci siamo resi conto che ciò che Banerjee e colleghi stavano osservando era una combinazione di due processi", afferma Pappu. "La struttura del fosfato e gli ioni della soluzione si dissolvono con l'aumento della temperatura. La perdita di acque di idratazione dalle metà complementari spinge le molecole di RNA a cercarsi l'una nell'altra e gli ioni collegano i gruppi fosfato all'interno e attraverso le diverse molecole per consentire la separazione di fase."
Di conseguenza, le fasi condensate diventano reti fisicamente reticolate e, insieme, i gruppi di Pappu e Banerjee hanno scoperto che la rete offerta dalle forti interazioni tra le molecole di RNA può consentire un comportamento di fase diverso durante il riscaldamento o il raffreddamento. In particolare, il team ha scoperto che l’abbassamento della temperatura può portare a condense persistenti. Il laboratorio di Banerjee ha collaborato anche con il laboratorio di Gopalan per comprendere in che modo la formazione di condensa e l'interazione tra la separazione di fase e la percolazione influiscono sulle funzioni di un antico enzima RNA.
"L'RNA ha questo interessante termometro, se vuoi, che rileva il cambiamento di temperatura", dice Banerjee. "Questo studio rappresenta una nuova direzione nel modo in cui pensiamo alla separazione di fase delle molecole in generale e potrebbe portare a una nuova comprensione della biologia, della biofisica, della scienza dei materiali e persino delle origini della vita."
Pappu aggiunge che prevede di utilizzare il comportamento della fase termoreattiva dell'RNA in una serie di applicazioni, dall'elaborazione e archiviazione della memoria ai biomateriali.
Ulteriori informazioni: Gable M. Wadsworth et al, Gli RNA subiscono transizioni di fase con temperature della soluzione critica più basse, Chimica naturale (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01353-4
Informazioni sul giornale: Chimica della Natura
Fornito dall'Università di Buffalo
