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18/11/2016

SAM: il meccanismo biochimico per la lettura del codice genetico

By: Valeria delle Cave

Avviene all’interno delle cellule ed è stato svelato grazie a simulazioni a computer: SAM, “Self-Activated Mechanism”, è il meccanismo biochimico fondamentale per la polimerizzazione degli acidi nucleici, DNA e RNA.

Il lavoro pubblicato su JACS, è stato coordinato da Marco De Vivo, responsabile del laboratorio Molecular Modeling and Drug Discovery di IIT, in collaborazione con il centro di supercalcolo Forschungszentrum in Germania, e grazie al sostegno di AIRC. Primo autore dell’articolo, lo studente di dottorato Vito Genna.

All’interno di ogni forma di vita (umana, batterica e virale) il DNA è fedelmente replicato svariate migliaia di volte al giorno per garantire la corretta trasmissione dell’informazione genetica da una cellula madre verso le cellule figlie. La replicazione genetica, processo svolto da enzimi chiamati Polimerasi, è essenziale per mantenere inalterata l’informazione contenuta all’interno del DNA.

Con SAM, si è riusciti così a descrivere per la prima volta il concetto d’intima sincronia tra reazioni chimiche e fasi meccaniche coinvolte nella polimerizzazione del DNA e RNA.

L’efficienza del meccanismo SAM si può tradurre come il processo di allungamento e replicazione fedele di una collana di perle. Immaginiamo infatti il filamento di DNA come una collana formata da una successione di perle che si può estendere aggiungendone altre, replicando così la collana originaria. Ogni perla che si aggiunge rappresenta il mattoncino principale (il nucleotide) che forma il filamento di DNA o RNA che si allunga. La fase di replicazione ed estensione della collana (del DNA) può quindi essere descritta da due passaggi chiave, l’aggiunta della perla al filamento crescente (attivazione ed incorporazione del nucleotide al DNA) e lo scivolamento del filamento di perle prima dell’aggiunta della perla successiva (traslocazione del DNA). SAM connette questi due passaggi chiave con sequenze di reazioni biochimiche che si auto-attivano, in maniera continua, permettendo un’efficiente estensione del filamento di DNA (o RNA).

La comprensione di queste reazioni biochimiche apre nuovi scenari in diversi campi della scienza, dal design di nuovi farmaci antitumorali capaci di bloccare SAM in cellule affette da cancro, alla progettazione di proteine ingegnerizzate capaci di sfruttare SAM a fini industriali; o ancora la comprensione delle basi molecolari necessarie allo sviluppo di forme di codice genetico artificiali, meglio note come XNAs, che si propongono oggi come alternative sintetiche al materiale genetico naturale, con immense potenzialità terapeutiche.

Questo studio è stato pubblicato nell’articolo: “A Self-Activated Mechanism for Nucleic Acid Polymerization Catalyzed by DNA/RNA Polymerases” e riportato sulla copertina di JACS insieme ad un editoriale che riflette l’importanza del risultato scientifico.