Un processo che posiziona correttamente le proteine
In assenza di un sistema che ne controlli la distribuzione, le proteine tenderebbero a diffondersi in modo omogeneo in tutta la cellula. Quale meccanismo permette quindi alle cellule di garantire che le proteine occupino le posizioni corrette? Un gruppo di ricerca guidato da Herbert Waldmann e Philippe Bastiaens dell’Istituto Max Planck di fisiologia molecolare, in Germania, ha utilizzato tecniche microscopiche d’avanguardia per analizzare il trasporto delle proteine all’interno delle cellule in tempo reale.
I ricercatori hanno concentrato i propri sforzi sulle proteine che devono passare alla membrana cellulare esterna. Queste proteine, insieme a un acido grasso, sono coinvolte in un processo definito “palmitoilazione”; l’acido grasso ha una funzione di “etichetta”. Lo studio ha rivelato che il processo di palmitoilazione ha luogo nella parte della cellula definita apparato di Golgi. Le proteine coinvolte nel processo sono trasportate fino alla superficie della membrana cellulare da piccole vescicole rimosse dall’apparato di Golgi.
Tuttavia, la parte interna della cellula contiene diversi tipi di membrane e può capitare che le proteine della palmitoilazione non giungano a destinazione ma che aderiscano alle membrane sbagliate. In questi casi, alcuni enzimi speciali rimuovono l’acido grasso dalla proteina (in un processo chiamato depalmitoilazione) liberando la proteina che può poi muoversi all’interno della cellula. Infine, la proteina viene assorbita dall’apparato di Golgi e il processo ricomincia.
Questo porta a chiedersi in che modo l’apparato di Golgi riconosce le proteine che devono raggiungere la membrana cellulare. La risposta è estremamente semplice. A un livello base, le proteine sono costituite da catene di “mattoni” chiamati amminoacidi. Se la cisteina dell’amminoacido è accessibile sulla superficie della cellula quest’ultima riceve una sorta di “etichetta”.
“Si tratta di scoperte fondamentali. Cambieranno il modo di fare ricerca nel campo della biologia molecolare”, ha affermato il professor Bastiaens. “Solo nel momento in cui noi scienziati comprendiamo i principi alla base della vita, siamo in grado di comprendere appieno la vita. Concentrarsi su i vari modelli di segnalazione presenti all’interno della cellula non è di grande aiuto”.
Inoltre, il team ha già dimostrato che queste scoperte potrebbero trovare applicazione nella ricerca di nuovi farmaci antitumorali. La molecola di segnalazione Ras è una proteina coinvolta nel processo di palmitoilazione che, una volta mutata, può causare il cancro. Questa proteina funziona soltanto se incorporata nella membrana cellulare. Disattivare completamente questa proteina può causare la morte cellulare. Ecco perché i ricercatori hanno deciso di adottare un approccio differente.
Come osservato sopra, può accadere che tutte le proteine coinvolte nel processo di palmitoilazione, tra cui anche la Ras, si attacchino alle membrane sbagliate. Nel momento in cui la Ras aderisce alla membrana sbagliata, un enzima chiamato APT1 (acyl protein thioesterase 1) taglia il marcatore dell’acido grasso e libera la Ras, che può rientrare nel meccanismo di trasporto. I ricercatori hanno sviluppato una molecola inibitrice, la palmostatin B, che blocca l’azione dell’enzima APT1.
Questo significa che nel momento in cui la Ras aderisce alla membrana sbagliata vi rimane attaccata. Nel tempo, le molecole di Ras vengono distribuite casualmente tra le varie membrane della cellula. Poiché la Ras è effettivamente nociva solo quando aderisce alla membrana cellulare esterna, ridistribuire le proteine in questo modo riduce l’efficienza di segnalazione della Ras e induce la guarigione delle cellule tumorali.
“Si tratta di un approccio innovativo, che in fondo è in contrasto con le regole del buon senso. Ecco perché non è mai stato applicato nella ricerca farmaceutica”, ha spiegato il professor Waldmann. “Anziché inibire il trasporto diretto dall’apparato di Golgi, ci siamo limitati a favorire la distribuzione casuale all’interno della cellula”.
Per maggiori informazioni, visitare:
Società Max Planck:
http://www.mpg.de
Cell:
http://www.cell.com
Nature Chemical Biology:
http://www.nature.com/naturechemicalbiology
