In tutti gli organismi eucarioti, il materiale genetico è immagazzinato nel nucleo cellulare sotto forma di DNA. Per essere utilizzato, questo DNA viene prima trascritto in RNA messaggero nel citoplasma della cellula, e poi tradotto in una proteina con l’ausilio di ribosomi, minuscole macchine in grado di decodificare l’RNA messaggero per sintetizzare le proteine ​​appropriate.

Tuttavia, la velocità con cui si verifica questo meccanismo non è uniforme: deve adattarsi per consentire alla proteina di assumere la configurazione corretta. Infatti, liberalizzare il tasso di produzione porta a difetti strutturali. Le proteine, che non sono piegate correttamente, si riuniranno e diventeranno inutilizzabili e spesso tossiche per la cellula. Analizzando la velocità di movimento del ribosoma nelle cellule di lievito, un team dell’Università di Ginevra (UNIGE), Svizzera, in collaborazione con l’Università di Amburgo, è riuscito a dimostrare che la velocità di sintesi proteica è modulata da fattori regolatori modulati in la velocità di traduzione dell’mRNA in proteine. Questi risultati possono essere trovati nella rivista rapporti cellulari.

Le proteine ​​sono strutture tridimensionali che devono incastrarsi tra loro o interagire con i partner per funzionare. In caso di difetto strutturale, le proteine ​​si aggregano, diventano tossiche e potenzialmente patologiche. Questo fenomeno è già osservato in molte malattie neurodegenerative, come il morbo di Alzheimer o la sclerosi laterale amiotrofica.

Sappiamo già che la velocità con cui vengono prodotte le proteine ​​varia a seconda delle necessità: a volte veloce, a volte molto lenta. Tuttavia, non sapevamo ancora come fosse controllato questo meccanismo”.

Martin Kollart, Professore presso il Dipartimento di Microbiologia e Medicina Molecolare, Facoltà di Medicina dell’Università delle Nazioni Unite

Profilazione dei ribosomi

Per comprendere questo processo, gli scienziati hanno utilizzato una tecnica molto innovativa e ancora poco conosciuta: il profilo dei ribosomi. “Questa metodologia consente di determinare la posizione dei ribosomi in un particolare momento nella cellula”, spiega Olesya Panasenko, ricercatrice nel laboratorio di Martin Collart e presidente del “BioCode: RNA to Proteins” Core Facility presso il College of Medicine, che è specializzato in questa tecnologia. “Consiste nella degradazione, in un dato momento, di tutto l’RNA non protetto da parte del ribosoma, per trattenere solo i frammenti di ribosoma protetti (RPF). Quindi sequenziamo gli RPF per determinare quanti ribosomi ci sono sull’mRNA, e in quale posizione, in quel particolare momento Questo indica la velocità e l’efficienza della traduzione.”

Gli scienziati hanno osservato la velocità e la dinamica della produzione di proteine ​​nelle cellule di lievito normali e nel lievito geneticamente modificato, al fine di identificare possibili differenze a seconda del codice genetico. Durante la sintesi, nella cellula compaiono piccoli condensatori di RNA e proteine, con la funzione di rallentare la velocità di produzione dei ribosomi. “La formazione di questi addensanti dipende dalla presenza o meno di fattori regolatori, detti Not, che agiscono da riduttori vegetativi”, spiega Martine Kollart. In loro assenza, il meccanismo accelera nei punti sbagliati e produce proteine ​​assemblate.

Velocità regolata dal codice genetico

Pertanto, i fattori non si legano al ribosoma in momenti specifici durante la sintesi proteica, per rallentare il ribosoma durante la traduzione condensando l’RNA e la proteina nascente. “Ci si potrebbe chiedere se questo meccanismo di regolazione è influenzato durante le malattie neurodegenerative o con l’età”, chiedono gli autori. È quindi possibile che piccole perturbazioni, quando si sommano l’una all’altra, possano avere un grande effetto cumulativo nel tempo.