Ogni sistema ha il suo sistema di smaltimento dei rifiuti. Gli organelli cellulari chiamati “perossisomi” eliminano, tra l’altro, sostanze tossiche e grassi nel corpo umano e prevengono malattie gravi. Il gruppo di proteine ”Pex” (fattori di biogenesi dei perossisomi) mantiene queste “unità disintossicanti” funzionanti correttamente – e un team di ricercatori dell’Università di Münster guidato dal Prof. Christos Gatsogiannis è stato il primo a mostrare, a livello atomico, come questi processi altamente complessi procedono. La storia di successo – ora acclamata con lo studio pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura – è stato reso possibile grazie al nuovo microscopio ad alta tecnologia dell’Università.
“Possiamo immaginare i perossisomi come fabbriche in miniatura specializzate in compiti diversi”, spiega Gatsogiannis. “Prima di tutto, sono noti per ‘disintossicare’ la cellula. Agiscono come unità di smaltimento dei rifiuti cellulari nelle nostre cellule.” Questi rifiuti possono essere ad esempio acidi grassi in eccesso o sostanze tossiche provenienti dall’ambiente: almeno 50 diversi processi di questo tipo sono coinvolti da organelli cellulari di soli 0,5 micrometri (1 micrometro = 1 milionesimo di millimetro).
Particolarmente importante per il sistema è il ruolo svolto dai perossisomi nel metabolismo dei grassi. Questo perché non solo scompongono i grassi, ma li convertono anche in energia utilizzabile, indispensabile per una varietà di processi nel corpo. Senza i perossisomi si possono accumulare quantità pericolose di alcuni grassi, che darebbero luogo a gravi problemi di salute. Per questo motivo le malattie legate all’età sono spesso associate a disfunzioni dei perossisomi, come ad esempio la perdita dell’udito o della vista, il morbo di Alzheimer, il diabete o il cancro.
Ciascuno di questi processi richiede una serie di enzimi specifici. I perossisomi sono però circondati da una membrana biologica che le proteine non riescono a permeare facilmente e pertanto devono essere importate. Questo meccanismo di importazione necessita di energia e di un ulteriore gruppo di proteine: il gruppo Pex. “Proprio come un camion, che trasporta prodotti da un luogo all’altro, il trasporto di enzimi richiede proteine di trasporto, energia e una logistica ben studiata per funzionare in modo efficiente”, è il paragone tracciato dal dottorando Maximilian Rüttermann, membro della squadra. “E, ancora una volta, proprio come un camion, la proteina viene riutilizzata o riciclata finché alla fine non cade a pezzi o si disintegra.”
Questo meccanismo di riciclaggio è l’unica fase ad alta intensità energetica dell’intero processo di importazione. Il ruolo principale è svolto dal complesso perixisomale AAA-ATPasi Pex1/Pex6: questa “nanomacchina biologica” disimballa e dispiega le proteine esaurite in modo che possano essere riciclate o smaltite. Gli AAA-ATPasi sono fondamentalmente una sorta di squadra di pulizia cellulare che mantiene l’ambiente interno della cellula pulito, funzionale e pronto per le esigenze della vita. Non sorprende quindi che la maggior parte dei malfunzionamenti nella biogenesi perossisomiale siano associati a mutazioni in Pex1 o Pex6, e fino al 60% di tutti i casi sono attribuibili a una rara malattia genetica in cui le cellule del paziente non sono in grado di formare perossisomi . Questo è qualcosa di cui l’opinione pubblica non è consapevole, poiché i pazienti affetti di solito muoiono pochi giorni o settimane dopo la nascita e non esiste ancora una cura conosciuta.
Il team di ricercatori guidato da Gatsogiannis ha ora dimostrato, per la prima volta e in dettaglio atomico, come la AAA-ATPasi perossisomiale elabora altri enzimi per mantenere il corretto funzionamento delle unità di disintossicazione. A tal fine i ricercatori hanno utilizzato il metodo della microscopia elettronica criogenica. “Investigare su un complesso altamente dinamico come l’AAA-ATPasi Pex1 Pex 6 è come osservare il motore di un’auto in funzione”, afferma Rüttermann. “Generi milioni di immagini da tutte le angolazioni mentre è in funzione e poi, su questa base, produci un modello tridimensionale in tutti i suoi vari stati.” Nella primavera di quest’anno, il team ha messo in funzione un microscopio elettronico criogenico all’avanguardia. La nuova acquisizione, costata 7,5 milioni di euro, permette di studiare proteine e nanomacchine biologiche a livello atomico e quindi decifrare i segreti del funzionamento delle cellule.
Le strutture ad alta risoluzione mostrano come le proteine Pex1 e Pex6 lavorano insieme in modo sincronico. Essi estraggono dalla membrana un substrato simile ai recettori di importazione utilizzati per consentirne il riciclo: un meccanismo unico, paragonabile ad una fila di bracci che, passo dopo passo, tirano a coppie una spessa corda e, processo, scioglierne i nodi. “Le strutture atomiche e la comprensione del meccanismo di questa complessa nanomacchina ci permettono ora di comprendere passi importanti nella fisiologia dei perossisomi nella salute e nella malattia”, conclude Gatsogiannis. “Ora è possibile mettere in relazione tutte le mutazioni conosciute con la loro funzione, al fine di comprenderne le conseguenze chimiche e, di conseguenza, comprendere le cause dei disturbi metabolici.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
