Ribozima

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Il ribozima hammerhead ha una regione (in rosso) deputata all'ingresso di un filamento di RNA, che viene così ad essere tagliato.

Meccanismo schematizzato del taglio di filamenti di RNA da parte di un ribozima.

Parte di un tRNA batterico che dovrà essere tagliato prima di poter adottare la propria forma funzionale. In verde: l'introne; in blu e rosso: le parti terminali degli esoni; in giallo-verde: una molecola di GTP; in rosa: due ioni magnesio.

Un ribozima (termine composto da acido ribonucleico ed enzima), anche noto come enzima a RNA o RNA catalitico, è una molecola di RNA in grado di catalizzare una reazione chimica.

Numerosi ribozimi sono in grado di catalizzare il taglio dei legami fosfodiesterici presenti su altre molecole di RNA, così come sul ribozima stesso.

Il ribozima più conosciuto è il ribosoma che catalizza la formazione del legame peptidico. Nel corso di ricerche sull'origine della vita sono stati prodotti ribozimi in grado di autocatalizzare, in condizioni specifiche, la loro stessa sintesi.

Studi recenti in vitro sul folding della proteina prionica hanno evidenziato che l'RNA potrebbe essere in grado di catalizzare la trasformazione patologica della proteina stessa, così come fanno le chaperonine^[1].

[modifica] La scoperta dei ribozimi

Prima della scoperta dei ribozimi, le proteine erano le uniche macromolecole biologiche ritenute in grado di svolgere attività catalitica. Nel 1967, Carl Woese, Francis Crick e Leslie Orgel furono i primi a suggerire che l'RNA potesse essere coinvolto in un qualche tipo di catalisi, sulla base di osservazioni di strutture secondarie di RNA molto complesse^[2].

Il primo ribozima fu tuttavia identificato solo nel 1980 da Thomas R. Cech, che si stava occupando dello splicing dell'RNA nel protozoo ciliato Tetrahymena thermophila. Questo ribozima era contenuto all'interno di un introne di un trascritto RNA ed era in grado di auto-rimuoversi dal filamento stesso. In 1989, Thomas R. Cech e Sidney Altman vinsero il Premio Nobel per la chimica per le loro "scoperte sulle proprietà catalitiche dell'RNA"^[3].

[modifica] Ipotesi sull'origine dei ribozimi

Sebbene la maggior parte dei ribozimi abbiano una concentrazione cellulare irrilevante, il loro ruolo è spesso essenziale per la vita. Ad esempio, la regione funzionale del ribosoma, responsabile della sintesi proteica, è essenzialmente un ribozima.

L'RNA può anche essere considerato una molecola che viene ereditata tra cellula madre e figlia (come avviene per il DNA). Ciò ha indotto Walter Gilbert a proporre che nel passato le cellule primordiali si servissero di RNA sia come materiale genetico che come molecola strutturale e catalitica: solo successivamente questi ruoli vennero affidati a DNA e proteine. Questa ipotesi è nota come ipotesi del mondo a RNA. Queste considerazioni implicano che i ribozimi presenti oggi nelle cellule, così come i ribosomi stessi, siano da considerare fossili viventi di una vita ancestrale basata esclusivamente sugli acidi nucleici.

[modifica] Tipi di ribozima

I ribozimi più studiati, che spesso presentano nomi pittoreschi, sono la RNasi P, gli introni di gruppo I e gruppo II, il leadzyme (letteralmente piombo-zima), il ribozima hairpin (ribozima a forcina), il ribozima hammerhead (ribozima a testa di martello), il ribozima del virus dell'epatite delta ed il ribozima di Tetrahymena termophila. Essi possono essere suddivisi in almeno cinque categorie.

Tipo di ribozima	Ruolo
Introni che svolgono splicing autonomo	Alcuni introni di gruppo I, II e III sono in grado di andare incontro a splicing attraverso un processo autocatalitico. Esistono inoltre crescenti evidenze che lo splicing degli introni GU-AG includa passaggi catalizzati da snRNA^[4].
RNAsi P	L'enzima, che crea le estremità 5′ dei tRNA batterici, è composto di una subunità ad RNA (catalitica) e di una proteica (strutturale).
RRNA	L'attività della peptidil transferasi, richiesta per la creazione del legame peptidico durante la sintesi proteica, è legata all'rRNA 23S della subunità maggiore del ribosoma.
tRNAPhe	Va incontro ad un taglio auto-catalizzato in presenza di ioni divalenti di piombo. Più in generale, il ruolo di cofattori metallici divalenti (soprattutto Mg²⁺) è molto importante la quasi totalità dei ribozimi studiati.
Genomi virali	La replicazione del genoma ad RNA di alcuni virus coinvolge ribozimi nel taglio dei genomi neo-sintetizzati uno di seguito all'altro. Esempi di ciò sono i virus delle piante ed i virus animali dell'epatite delta.

[modifica] Ribozimi sintetici

Dalla scoperta dei primi ribozimi presenti nelle cellule, è cresciuto l'interesse nello studio di nuovi ribozimi sintetici, ingegnerizzati in laboratorio. Sono stati prodotti, ad esempio, RNA in grado di auto-tagliarsi che hanno mostrato un'alta attività enzimatica. Tang e Breaker hanno isolato RNA di questo tipo attraverso una selezione in vitro di sequenze casuali. Molte delle strutture così individuate presentavano strutture originali, sebbene molte riprendessero quella naturalmente presente nel ribozima hammerhead.