Mentre la vita si propagava sulla Terra sotto forma della più ampia varietà di organismi unicellulari, tra 3,5 e un miliardo di anni fa uno di questi organismi riuscì a compiere un colpo evolutivo: invece di divorare e digerire i batteri, incapsulava la sua preda e la usava come fonte d’energia. In quanto cellula ospite, offriva in cambio protezione e nutrimento. Questa è chiamata teoria endosimbiotica, secondo la quale quell’organismo unicellulare era la madre primordiale di tutte le cellule superiori, dalle quali si sono sviluppati tutti gli animali, i funghi e le piante. Nel corso di miliardi di anni, il batterio incapsulato è diventato la centrale elettrica della cellula, il mitocondrio, che le fornisce la valuta energetica cellulare ATP. Ha perso gran parte del suo materiale genetico, il suo DNA, e ha scambiato segmenti di DNA più piccoli con la cellula madre. Tuttavia, ora come in passato, i mitocondri si dividono indipendentemente dalla cellula e possiedono alcuni geni propri.
Quanto strettamente la cellula e il mitocondrio lavorino insieme nelle cellule umane oggi è ciò che sta studiando un team di ricercatori guidato dal Dr. Christian Münch della Goethe University di Francoforte. Ora hanno scoperto come il mitocondrio chieda aiuto alla cellula quando è sotto stress. I fattori scatenanti di tale stress possono essere infezioni, malattie infiammatorie o malattie genetiche, ad esempio, ma anche carenze nutrizionali o tossine cellulari.
Un certo tipo di stress mitocondriale è causato da proteine mal ripiegate che non vengono rapidamente degradate e si accumulano nei mitocondri. Le conseguenze sia per il mitocondrio che per la cellula sono drammatiche: le proteine mal ripiegate possono, ad esempio, interrompere la produzione di energia o portare alla formazione di quantità maggiori di composti reattivi dell’ossigeno, che attaccano il DNA mitocondriale e generano ulteriori proteine mal ripiegate. Inoltre, le proteine mal ripiegate possono destabilizzare le membrane mitocondriali, rilasciando sostanze segnale dal mitocondrio che attivano l’apoptosi, il programma di autodistruzione della cellula.
Il mitocondrio risponde allo stress producendo più accompagnatori (assistenti di ripiegamento) per ripiegare le proteine al fine di ridurre il ripiegamento errato, nonché unità di triturazione proteica che degradano le proteine mal ripiegate. Fino ad ora, il modo in cui le cellule attivano questo meccanismo protettivo era sconosciuto.
I ricercatori della Goethe University di Francoforte hanno innescato artificialmente lo stress da misfolding nei mitocondri delle cellule umane in coltura e hanno analizzato il risultato. “Ciò che rende difficile svelare tali processi di segnalazione”, spiega Münch, egli stesso un biochimico, “è che un numero incredibilmente elevato avviene simultaneamente e ad alta velocità nella cellula”. Il gruppo di ricerca si è quindi avvalso di metodi (analisi del trascrittoma) che possono essere utilizzati per misurare nel tempo fino a che punto i geni vengono trascritti. Inoltre, i ricercatori hanno osservato, tra l’altro, quali proteine si legano tra loro e in quale momento, a quali intervalli cambiano le concentrazioni di sostanze intracellulari e quali effetti si verificano quando le singole proteine vengono sistematicamente disattivate.
Il risultato è che i mitocondri inviano due segnali chimici alla cellula quando si verifica uno stress da misfolding proteico: rilasciano composti reattivi dell’ossigeno e bloccano l’importazione di precursori proteici, che sono prodotti nella cellula e sono solo ripiegati nella loro forma funzionale all’interno del mitocondrio, causando l’accumulo di questi precursori nella cellula. Tra le altre cose, i composti reattivi dell’ossigeno portano a cambiamenti chimici in una proteina chiamata DNAJA1. Normalmente, DNAJA1 supporta uno specifico accompagnatore (assistente di ripiegamento) nella cellula, che modella le proteine appena formate della cellula nella forma corretta.
Come conseguenza del cambiamento chimico, DNAJA1 ora si impone sempre più sull’assistente di piegatura HSP70 come suo aiutante. HSP70 si prende quindi particolare cura dei precursori proteici mal ripiegati che si accumulano attorno al mitocondrio a causa dell’importazione proteica bloccata. In questo modo, HSP70 riduce la sua interazione con il suo partner regolare HSF1. L’HSF1 viene ora rilasciato e può migrare nel nucleo cellulare, dove può attivare il meccanismo anti-stress per il mitocondrio.
Come spiega il biochimico Münch, “È stato molto eccitante scoprire come i due segnali di stress mitocondriale sono combinati in un unico segnale nella cellula, che poi innesca la risposta della cellula allo stress mitocondriale. Inoltre, in questo complesso processo, che è essenzialmente guidato da piccoli i cambiamenti locali nella concentrazione, i percorsi di segnalazione dello stress della cellula e del mitocondrio si incastrano molto elegantemente tra loro, come gli ingranaggi di un orologio”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
