Il mondo a RNA era anche a DNA?

Uno studio sulla stabilità di forme ibride RNA-DNA sembra mettere in crisi l’ipotesi del mondo a RNA

L’ipotesi Mondo a RNA è una rappresentazione affascinante del mondo primordiale, che lega la nascita della trasmissione dell’informazione genetica – e quindi la vita – a quest’acido nucleico che oggi, pur svolgendo compiti fondamentali all’interno degli organismi viventi, ha perso il suo ipotetico ruolo da protagonista assoluto.

Secondo questa ipotesi, le macromolecole di RNA, formatesi casualmente nel turbinoso brodo primordiale e capaci di agire sia come genoma sia come catalizzatori, avrebbero posto le basi per la nascita delle proteine e, nel tempo, si sarebbero evolute nel DNA e ne avrebbero favorito lo sviluppo. In virtù della sua maggiore stabilità e flessibilità, il DNA avrebbe poi preso il sopravvento come vettore principale dell’informazione genetica.

Anche se supportata da sempre maggiori evidenze (dell’ultima Pikaia ne ha parlato qui), la rappresentazione del mondo a RNA è tutt’altro che stabile. In particolare, ancora non è stata proposta un’ipotesi ampiamente accettata che descriva il meccanismo che avrebbe permesso la transizione da RNA a DNA.

Un’implicazione di questa teoria è la comparsa, nelle prime fasi di vita del DNA, di ibridi RNA-DNA, come passaggio intermedio necessario dagli esistenti genomi a base di acido ribonucleico ai nascenti organismi basati sull’acido desossiribonucleico. Queste forme chimeriche, ipotizzate, ma mai studiate a fondo, sono state oggetto di uno studio approfondito da parte di un gruppo di ricerca dello Scripps Research Institute.

Krishnamurthy e i suoi colleghi hanno osservato e analizzato a fondo l’interazione tra RNA e DNA, ricreando queste forme chimeriche in laboratorio, nonché studiandone il comportamento e le funzionalità. Ciò che è emerso dalle loro analisi è che, probabilmente a causa delle diverse strutture zuccherine di cui sono composti i due acidi nucleici, DNA e RNA formano ibridi tutt’altro che stabili. Le forme miste, infatti, mostrano un’elevata instabilità termica e una conseguente tendenza alla separazione o al riarrangiamento, comportamento che compromette drasticamente la loro capacità di conservare le informazioni genetiche.

Questa instabilità e la mancanza di funzionalità degli ibridi spiegherebbero tra l’altro la presenza di alcuni sofisticati enzimi, osservati all’interno delle cellule, specializzati nel separare le basi del DNA da quelle dell’RNA nell’eventualità di casuali unioni. Secondo gli autori dello studio, il fatto che esistano meccanismi rapidi e mirati che preservano le forme omogenee degli acidi nucleici è la prova che gli ibridi RNA-DNA abbiano rappresentato in termini evoluzionistici un ostacolo da evitare.

Ai tempi delle prime evoluzioni degli acidi nucleici, questi enzimi ancora non esistevano e la sostituzione di un filamento di RNA con uno di DNA avrebbe di conseguenza avuto un effetto paralizzante sull’abilità di queste molecole e dei vari organismi di replicarsi e funzionare correttamente. Risulterebbe quindi difficile pensare ad un’evoluzione delle due macromolecole in cui queste forme chimeriche abbiano effettivamente giocato un ruolo fondamentale.

È per questo che lo studio suggerisce l’ipotesi di un mondo in cui RNA e DNA siano comparsi e si siano evoluti inizialmente in modo parallelo e indipendente, interagendo ed evolvendosi verso la situazione attuale solo in un secondo momento.


Fonte:
Jesse V. Gavette, Matthias Stoop, Nicholas V. Hud, Ramanarayanan Krishnamurthy. RNA-DNA Chimeras in the Context of an RNA World Transition to an RNA/DNA World. Angewandte Chemie International Edition, 2016; DOI: 10.1002/anie.201607919.

Immagine: Christoph Bock (Max Planck Institute for Informatics), via Wikimedia Commons