Il gruppo di ricerca di Paolo Macchi (Università di Trento)

Rbfox2: la chiave per bloccare lo sviluppo delle cellule tumorali

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In copertina, il gruppo di ricerca di Paolo Macchi (Università di Trento).

Grazie alla collaborazione tra le Università di Trento e di Washington è stata trovata una soluzione per bloccare lo sviluppo delle cellule tumorali. I biologi americani si sono rivolti ai colleghi del laboratorio trentino diretto da Paolo Macchi per le loro competenze sperimentali.

Oltre un secolo di ricerche ha illuminato i meandri più oscuri all’interno delle cellule umane. Dieci ricercatori delle Università di Trento e di Washington hanno creato una proteina ingegnerizzata (Rbfox2, della famiglia Rbfox) in grado di legarsi a un particolare tipo di acido nucleico (miR-21, elemento associato allo sviluppo di cellule tumorali), proprio come una chiave con la sua serratura, e che, una volta dentro la cellula tumorale, riesce a inibirne lo sviluppo.

Lo studio, risultato della collaborazione internazionale tra il laboratorio diretto da Paolo Macchi (Lab of Molecular and Cellular Neurobiology, Centro per la biologia integrata – CIBIO, Università di Trento) e quello diretto da Gabriele Varani (Department of Chemistry, Washington University), è stato pubblicato sulla rivista scientifica “Nature Chemical Biology”.

L’interazione tra proteine e acidi nucleici (in particolare RNA) – spiega Paolo Macchi del CIBIO – è molto complessa e capire come ciò avvenga e come sia regolata permette di creare, ad esempio, molecole ingegnerizzate con nuove proprietà biologiche, per scopi non solo di ricerca, ma anche terapeutici.

I micro-RNA (o semplicemente miRNA) sono corte sequenze di RNA che regolano l’attività dei geni e contribuiscono al normale sviluppo delle cellule. Ultimamente essi sono stati studiati anche in un contesto patologico quale il cancro. Un’alterata espressione dei miRNA attiva una serie di eventi che portano a una trasformazione neoplastica della cellula e quindi allo sviluppo di metastasi e a una cattiva prognosi in pazienti oncologici.

Per questo Varani e il suo team hanno modificato una proteina umana chiamata Rbfox2, che si trova naturalmente nelle cellule e si lega ai microRNA. I ricercatori avevano infatti l’intenzione di progettare una proteina Rbfox2 in grado di legarsi ad uno specifico microRNA, chiamato miR-21, che, se presente ad alti livelli, determina un aumento dell’espressione di geni onco-promotori e una riduzione di geni onco-soppressori. Gli studiosi hanno ipotizzato che se una proteina come Rbfox2 si fosse legata a miR-21, essa avrebbe potuto reprimere gli effetti dello stesso miR-21 sulla crescita del tumore. Non si sbagliavano.

Il gruppo di ricerca di Gabriele Varani (Università di Washington)
Il gruppo di ricerca di Gabriele Varani (Università di Washington)

Tuttavia, affinché tale processo avesse successo, la proteina doveva legarsi al miR-21 e a nessun altro microRNA. Fortunatamente, tutte le molecole di RNA, inclusi i microRNA, hanno una proprietà intrinseca che infonde loro specificità: sono costituite da una catena di “lettere” chimiche, ciascuna con una sequenza unica. Fino ad oggi, nessun altro gruppo di ricerca aveva mai alterato con successo una proteina per farla legare a uno specifico microRNA. I ricercatori dell’Università di Washington hanno fatto affidamento sui dati di alta qualità riguardanti la struttura della proteina Rbfox2 per capire, a livello dei singoli atomi, come essa si leghi alla sua naturale sequenza di “lettere” del segmento di RNA.

Poi hanno previsto come la sequenza di Rbfox2 sarebbe dovuta cambiare per legarsi invece al miR-21. Così, alterando solo quattro amminoacidi accuratamente selezionati, Rbfox2 si è congiunto al miR-21, impedendo al microRNA di inviare il suo lungo messaggio per la promozione dei tumori.

I ricercatori hanno anche ingegnerizzato una seconda proteina che dovrebbe cancellare del tutto il miR-21 dalle cellule. Lo hanno fatto con l’innesto delle regioni Rbfox2 che si legavano al miR-21 su una proteina separata chiamata Dicer. Dicer normalmente separa l’RNA in piccoli pezzi e genera microRNA funzionali. Sorprendentemente la proteina ibrida Rbfox2-Dicer ha mostrato una particolare propensione per tagliare il miR-21 fino ad eliminarlo.

Varani e il suo team credono che Rbfox2 potrebbe essere riprogettato per legarsi anche a microRNA diversi dal miR-21. Ci sono migliaia di microRNA tra cui scegliere, e molti sono implicati in malattie. La chiave per realizzare questo potenziale risiede nel razionalizzare e automatizzare i metodi accurati che il team ha utilizzato per modellare le interazioni a livello atomico di Rbfox2 con l’RNA. Non solo potrebbero essere strumenti di laboratorio utili per studiare le funzioni di microRNA, ma, nel tempo, costituirebbero la base di nuove terapie per il trattamento delle malattie.

Macchi riferisce che i colleghi dell’Università di Washington, che hanno un approccio chimico-strutturale alle scienze della vita, si sono rivolti ai biologi del CIBIO per le loro competenze sperimentali sulle cellule.

Il lavoro è importante poiché esalta ancora una volta il valore e le ricadute applicative della ricerca di base. La ricerca di base ha permesso di conoscere la struttura delle regioni delle proteine coinvolte nell’interazione con gli acidi nucleici, nonché di scoprire i miRNA e il loro coinvolgimento in processi sia fisiologici sia patologici. L’aver messo insieme e con successo conoscenze e competenze dei nostri gruppi di ricerca provenienti da settori diversi della biologia è stato stimolante ed estremamente interessante. Questo è il secondo lavoro in collaborazione pubblicato su riviste internazionali nel giro di pochi mesi dai nostri due gruppi.

L’articolo è stato pubblicato sulla rivista scientifica Nature Chemical Biology con il titolo “Targeted inhibition of oncogenic miR-21 maturation with designed RNA-binding proteins”. Gli autori sono dieci. Per l’Università di Washington: Yu Chen, Fan Yang, Tom Pavelitz, Wen Yang, Katherine Godin, Matthew Walker e Suxin Zheng con il responsabile del laboratorio Gabriele Varani, mentre gli autori appartenenti all’Università di Trento sono Lorena Zubovic e Paolo Macchi, responsabile del Lab of Molecular and Cellular Neurobiology.

Il lavoro è stato sostenuto dall’Istituto statunitense della salute e dall’Università di Trento (Progetto Biotecnologie).