Eliminare le centrali di energia cellulare difettose: mistero risolto

01 October 2013

Un mix di fortuna e di lavoro tenace in laboratorio, ha consentito ad un team eterogeneo di scienziati dell'Università di Pittsburgh di riferire nel numero del 1 ottobre di Nature Cell Biology di aver risolto il mistero di una funzione biologica di base, essenziale per la salute delle cellule.

Con la scoperta del meccanismo attraverso il quale i mitocondri (piccole strutture all'interno delle cellule spesso descritte come "centrali di energia") segnalano di essere danneggiati e di dover essere eliminati, il team di Pittsburgh ha aperto la porta alla potenziale ricerca di cure per malattie, come il Parkinson e l'Alzheimer, dove si osservano disfunzioni nei mitocondri nei neuroni.

"E' un processo di sopravvivenza. Le cellule si attivano per sbarazzarsi dei mitocondri difettosi e consolidare quelli sani. Se questo processo ha esito positivo, allora quelli sani possono proliferare e le cellule prosperano", ha detto Valerian Kagan, Ph.D., D.Sc., autore principale del documento e professore e vice presidente del Dipartimento di Salute Ambientale e Occupazionale della Pitt Graduate School of Public Health. "E' un meccanismo bellissimo ed efficiente che cercheremo di capire e di modellare per lo sviluppo di nuovi farmaci e trattamenti".

Il Dr. Kagan, che, come destinatario di una borsa di studio Fulbright Scholar, é attualmente docente "visiting" di ricerca in scienza ed ambiente alla McMaster University in Ontario (Canada), ha paragonato questo processo a quello di cucinare un tacchino nel Giorno del Ringraziamento. "Si mette il tacchino nel forno e l'esterno diventa dorato, ma non basta solo guardare per sapere se è pronto. Perciò si mette dentro un termometro, e quando sale, si capisce che il tacchino si può mangiare", ha detto. "I mitocondri mandano un segnale 'mangiami' simile alle cellule quando finiscono di funzionare correttamente".

Le cardiolipine, chiamate così perché sono state inizialmente scoperte nel tessuto del cuore, sono una componente della membrana interna dei mitocondri. Quando un mitocondrio è danneggiato, le cardiolipine si muovono dalla membrana interna a quella esterna, dove incoraggiano la cellula a distruggere l'intero mitocondrio.

Tuttavia, questa è solo una parte del processo, dice Charleen T. Chu, MD, Ph.D., professore e docente A. Julio Martinez di Neuropatologia al Dipartimento di Patologia della School of Medicine della Pitt, un altro autore senior dello studio. "Non è solo il timer del tacchino a scadere, la questione é chi sta tenendo il guanto caldo per portarlo nella sala da pranzo?". E si scopre che si tratta di una proteina chiamata LC3. Una parte della LC3 si lega alla cardiolipina, e attiva la creazione di una struttura specializzata intorno al mitocondrio, che lo porta ai centri digerenti della cellula.

La ricerca è nata quasi dieci anni fa, quando il dottor Kagan ha avuto un colloquio con il dottor Chu in una conferenza di ricerca. Il Dr. Chu, che studia l'autofagia ("auto-digestione") nel Parkinson, stava cercando un cambiamento sulla superficie mitocondriale che segnala all'LC3 di importare gli organelli danneggiati per riciclarli. Hanno così scoperto che stavano lavorando su diversi pezzi dello stesso puzzle.

Insieme a Hülya Bayir, MD, direttore di ricerca in terapia intensiva pediatrica dell'Ospedale Pediatrico di Pittsburgh della UPMC e professore del Dipartimento di Medicina Critica della Pitt, e di un gruppo di più di venti scienziati, i tre autori senior hanno elaborato il modo in cui combaciano i pezzi del problema di segnalazione dei mitocondri.

Ora che é stato elaborato il meccanismo di base, il dottor Chu indica le molte nuove direzioni di ricerca che probabilmente seguiranno. "Ci sono così tante domande che ne conseguono", ha detto. "Qual è il processo che induce la cardiolipina a spostarsi all'esterno dei mitocondri? Come coesiste questo percorso con gli altri che influenzano l'insorgenza di malattie come il Parkinson? E' interessante notare che due geni familiari del Parkinson sono legati anche alla rimozione mitocondriale".

Il Dr. Bayir ha spiegato che, anche se questo processo può avvenire in tutte le cellule con mitocondri, è particolarmente importante che funzioni correttamente nelle cellule neuronali, perché queste cellule non si dividono e non si rigenerano così facilmente come le cellule di altre parti del corpo.

"Credo che questi risultati abbiano implicazioni enormi per i pazienti con lesioni cerebrali", ha detto. "Il processo mitocondriale di segnalazione 'mangiami' potrebbe essere un obiettivo terapeutico, nel senso che serve un certo livello di eliminazione dei mitocondri danneggiati. Ma, d'altra parte, tale processo non deve essere senza controllo. Ci deve essere un equilibrio, qualcosa che si potrebbe cercare di ottenere con farmaci o terapie, se il corpo non è in grado di trovare l'equilibrio da sé".

Fonte: University of Pittsburgh Schools of the Health Sciences.

Riferimenti: Charleen T. Chu, Jing Ji, Ruben K. Dagda, Jian Fei Jiang, Yulia Y. Tyurina, Alexandr A. Kapralov, Vladimir A. Tyurin, Naveena Yanamala, Indira H. Shrivastava, Dariush Mohammadyani, Kent Zhi Qiang Wang, Jianhui Zhu, Judith Klein-Seetharaman, Krishnakumar Balasubramanian, Andrew A. Amoscato, Grigory Borisenko, Zhentai Huang, Aaron M. Gusdon, Amin Cheikhi, Erin K. Steer, Ruth Wang, Catherine Baty, Simon Watkins, Ivet Bahar, Hülya Bayır, Valerian E. Kagan. Cardiolipin externalization to the outer mitochondrial membrane acts as an elimination signal for mitophagy in neuronal cells. Nature Cell Biology, 2013; DOI: 10.1038/ncb2837

Pubblicato in Science Daily (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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