Ricerche

Il sistema di trasporto all'interno delle cellule viventi è una macchina ben oliata con piccoli motori proteici che trasportano cromosomi, neurotrasmettitori e altre merci vitali intorno alla cellula.

Questi motori molecolari sono responsabili di una varietà di lavori di trasporto critici, ma non sono sempre in funzione.

Si possono mettere in "modalità di risparmio energetico" per risparmiare carburante cellulare e, di conseguenza, controllare ciò che viene spostato intorno alla cellula, e quando.

Un nuovo studio dei biochimici della Carnegie Mellon University, pubblicato sul numero del 12 agosto di Science, descrive come i motori si piegano su se stessi, o risparmiano energia, quando i loro servizi di trasporto non sono richiesti. Secondo i ricercatori, la soluzione a questo enigma molecolare fornisce nuovi indizi su come i motori molecolari proteici sono regolamentati, e può aprire nuove strade per la cura di varie malattie neurodegenerative, come l'Alzheimer e l'Huntington.

"Le proteine 'motore molecolare' svolgono un ruolo importante in tutte le cellule eucariotiche, ma sono particolarmente critiche per le cellule nervose", ha detto David Hackney, professore di scienze biologiche alla Facolta' di Scienze Mellon, e uno degli autori dello studio. "Le cellule nervose hanno il problema speciale per cui le proteine, come i recettori per i neurotrasmettitori, sono sintetizzate nel corpo cellulare e devono essere spedite fino in fondo all'assone. Problemi in questo sistema di trasporto possono avere un ruolo in una serie di condizioni neurologiche".

Hackney concentra la sua ricerca sulla chinesina-1, la principale proteina motore che muove merci dal corpo delle cellule nervose lungo l'assone. Una tipica molecola chinesina ha due code su un lato che si attaccano al carico e due teste globulari dall'altro lato che si muovono lungo le fibre all'interno della cellula chiamati microtubuli, tirando il carico in avanti. Il movimento delle teste, o domini motore, è alimentato dalla rottura dell'ATP, una molecola che immagazzina l'energia che guida il lavoro cellulare. Quando il carico non è collegato, la chinesina si ripiega su se stessa per evitare all'ATP di essere dilapidato. Anche se gli scienziati sapevano che una coda si lega alle due teste per conservarlo in uno stato piegato "autoinibito", il meccanismo molecolare rimaneva poco chiaro. Diverse possibilità sono state proposte, ma queste ultime scoperte suggeriscono una sola soluzione.

Hackney ha lavorato con Hung Yi Kristal Kaan e Frank Kozielski dell'Istituto per la Ricerca sul Cancro Beatson di Glasgow in Scozia, che ha cristallizzato una parte fondamentale della molecola chinesina, una coda che era legata ai capi. La struttura cristallina ha confermato che il complesso conteneva due domini testa e un solo dominio coda. Hackney ha poi effettuato manipolazioni biochimiche per stabilire con precisione come la coda interagisce con le teste, che si è rivelato essere quello che gli autori chiamano un "blocco doppio". "E' stata davvero una grande sorpresa", ha detto Hackney, "perché ha escluso tutte le cose ovvie che erano state proposte di come il dominio coda autoinibisce il dominio motore. Non provoca un cambiamento conformazionale, e non blocca le superfici che interagiscono con l'ATP o con la pista microtubulare".

Le teste della Chinesina sono in genere unite in un punto, chiamato cerniera. Nella nuova struttura, le teste oscillano l'una verso l'altra e sono collegate dal dominio di coda, legando a vicenda in modo efficace le teste nel punto di legatura della coda. Questo doppio blocco - a cerniera e al ponte - impedisce alle teste di separarsi. Poiché le teste devono essere separate le une dalle altre per abbattere l'ATP, il doppio blocco arresta in modo efficace la molecola dal generare carburante per alimentare il motore.

I ricercatori suggeriscono che altre chinesine possono essere regolate con lo stesso meccanismo autoinibitorio. Gli esseri umani hanno decine di differenti motori chinesina che trasportano una varietà di carichi, comprese le proteine associate all'Alzheimer, alla corea di Huntington e al Parkinson. Le chinesine sono coinvolte anche nella separazione dei cromosomi durante la divisione cellulare, rendendo i motori un bersaglio per le terapie del cancro che, cercando di fermare i motori che trasportano cromosomi, impediscono alle cellule tumorali di moltiplicarsi.

Questa ricerca è stata finanziata dal Cancer Research UK, il National Institutes of Health, dalla National Science Foundation e dalla Singapore's Agency for Science, Technology and Research.

Fonte: Materiale della Carnegie Mellon University.

Riferimento: HYK Kaan, DD Hackney, F. Kozielski. The Structure of the Kinesin-1 Motor-Tail Complex Reveals the Mechanism of Autoinhibition. Science, 2011; 333 (6044): 883 DOI: 10.1126/science.1204824.

Pubblicato in ScienceDaily il 11 agosto 2011 -Traduzione di Franco Pellizzari.

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