Un nuovo sensore rileva la concentrazione dello Zinco e la sua implicazione nelle cellule

Ricercatori finanziati dall’UE hanno sviluppato un sensore che permette di misurare la concentrazione di zinco dentro le cellule. Queste scoperte dovrebbero portare a una migliore comprensione delle malattie nelle quali è implicato lo zinco, come ad esempio il diabete e l’Alzheimer.

Questo studio, condotto da scienziati nei Paesi Bassi e nel Regno Unito, è stato pubblicato dalla rivista Nature Methods. Il sostegno dell’UE per questo lavoro proviene dal progetto SAVEBETA (“Molecular pathways underlying decreased beta cell mass in diabetes mellitus”), finanziato nell’ambito dell’area tematica “Scienze della vita, genomica e biotecnologia per la salute” del Sesto programma quadro (6° PQ).



Lo zinco è coinvolto in molti processi dell’organismo umano, tra cui anche la trasmissione dei segnali nervosi. Circa il 5% di tutte le proteine prodotte dall’organismo sono coinvolte nel trasporto dello zinco. Allo stesso tempo, lo zinco sembra implicato in diverse malattie, compreso il diabete di tipo 2. Si sa inoltre che alti livelli di zinco sono tossici, ma poco si sa su come l’organismo riesca a mantenere il giusto livello di zinco nelle cellule.

“È stato svolto relativamente poco lavoro biologico sullo zinco, se confrontato ad altri metalli come il calcio e il sodio, in parte perché finora non disponevamo degli strumenti per misurarlo accuratamente,” ha commentato il professor Guy Rutter della Division of Medicine presso l’Imperial College di Londra nel Regno Unito. “Lo zinco è molto importante nell’organismo; studi suggeriscono che agisca in molte aree diverse, compresi i muscoli e il cervello.”

I sensori attualmente usati per misurare i livelli di zinco nelle cellule sono spesso imprecisi, non rilevano le concentrazioni di zinco più basse e non sono in grado di determinare le differenze nei livelli di zinco nelle varie parti della cellula.

In questo studio i ricercatori dimostrano un nuovo dispositivo chiamato sensore di trasferimento di energia di risonanza in fluorescenza (FRET). Il sensore consiste in due proteine di medusa: una grigio-azzurra e una gialla. Il team ha costruito la proteina in modo che la luce presa dalla proteina grigio-azzurra sia trasferita alla proteina gialla che emana una luce gialla. Quando uno ione di zinco si attacca al sensore, le proteine fluorescenti vengono spinte via e la trasmissione di luce tra di loro diventa più debole.

Gli scienziati hanno usato un microscopio a fluorescenza per rilevare le lunghezze d’onda della luce emessa dalle proteine. Questo ha permesso agli scienziati di determinare dove si potevano trovare livelli più alti di zinco nella cellula.

Il team ha testato il nuovo dispositivo su beta-cellule pancreatiche. L’insulina viene prodotta in queste cellule e si sa che lo zinco è coinvolto nell’involucro dell’insulina. Il gene che controlla questo processo di creazione dell’involucro è spesso difettoso nelle persone affette da diabete di tipo 2.

Il nuovo strumento ha rivelato livelli di zinco molto più alti nei granuli nelle strutture cellulari dove si trova l’insulina.

“È stato bello vedere che la concentrazione di zinco della cellula si mantiene con precisione a circa 400 picomol per litro. Concentrazioni di zinco troppo alte sono molto tossiche per la cellula, ma allo stesso tempo lo zinco è uno ione di metallo essenziale per molti enzimi di tanti tipi di altri processi che hanno luogo nella cellula,” ha detto Maarten Merkx del Politecnico di Eindhoven nei Paesi Bassi.

Gli scienziati hanno adesso in programma di sviluppare ulteriormente questo sensore per studiare lo zinco in un topo vivo, in modo da vedere come lo zinco si muove attraverso tessuti diversi.

“Ora possiamo misurare con molta precisione la concentrazione di zinco nelle cellule e riusciamo anche a osservare dove si trova nella cellula, usando il nostro dispositivo di misurazione molecolare,” ha dichiarato il professor Rutter.

“Questo tipo di informazioni ci aiuteranno a vedere cosa succede all’interno di tessuti diversi, per esempio in un cervello colpito dal morbo di Alzheimer, nel quale sospettiamo sia coinvolto anche lo zinco. Speriamo che questo nuovo sensore aiuterà i ricercatori a saperne di più sulle malattie legate allo zinco e a identificare possibilmente nuovi modi per curarle.”

Per maggiori informazioni, visitare:

Imperial College London:
http://www.imperial.ac.uk

Politecnico di Eindhoven:
http://www.tue.nl

Nature Methods
http://www.nature.com/nmeth/index.html

Progetto SAVEBETA:
http://www.savebeta.eu/