Le cellule sono affollate di macromolecole, che limita la diffusione delle proteine, specialmente nelle cellule procariotiche senza trasporto attivo nel citoplasma. Indagando sulla relazione tra affollamento, forza ionica e diffusione delle proteine, I biochimici dell'Università di Groningen hanno fatto una scoperta affascinante:le proteine ​​caricate positivamente si attaccano alla superficie dei complessi ribosomiali. Questo spiega perché la maggior parte delle proteine ​​idrosolubili trasporta una carica negativa complessiva. La scoperta apparirà presto sul diario eLife .

La velocità di movimento delle proteine ​​all'interno delle cellule è importante:molti processi nelle cellule biologiche dipendono dalle interazioni tra le macromolecole (proteine ​​e acidi nucleici) e quindi dalla loro capacità di ritrovarsi. "Ma il citoplasma cellulare è un luogo vivace e questo influenzerà la diffusione di proteine ​​e RNA", commenta Bert Poolman, professore di biochimica dell'Università di Groningen.

Spese

Il suo gruppo ha studiato gli effetti dell'affollamento sulla diffusione, e ha trovato una correlazione tra la dimensione della proteina e la velocità di diffusione. "Ma per alcune proteine ​​non abbiamo trovato questa correlazione, così abbiamo deciso di indagare sul perché.' Il team ha utilizzato tre diversi procarioti con forza ionica crescente:il batterio Gram-negativo Escherichia coli, il Gram-positivo Lactococcus lactis e l'estremofilo Haloferax volcanii, che vive ad altissime concentrazioni di sale.

Per questo studio, i ricercatori hanno costruito diverse varianti di Green Fluorescent Protein (GFP), con cariche superficiali comprese tra -30 e +25. Hanno quindi studiato il movimento di queste varianti GFP nei tre tipi di cellule. "Abbiamo visto che le proteine ​​con carica positiva si diffondono molto lentamente. Sono rimasti bloccati nella cella', spiega Poolman. Ulteriori analisi hanno mostrato che le proteine ​​positive non si legano al DNA o alla membrana cellulare ma al complesso ribosoma.

Interessante

Un'analisi bioinformatica dei proteomi dei microrganismi e delle cellule eucariotiche ha mostrato che nella maggior parte dei casi circa il 70% delle proteine ​​è caricato negativamente. 'Interessante, il restante 30 percento sono proteine ​​di membrana o proteine ​​coinvolte nel funzionamento o nel ripiegamento del ribosoma o dell'mRNA.'

Le proteine ​​di membrana sono schermate da chaperon durante la biogenesi, quindi non si attaccano ai ribosomi. Non esistono quindi proteine ​​citoplasmatiche "libere" con una carica positiva sufficientemente alta da farle depositare sui ribosomi. La carica negativa del complesso ribosomico e la forza ionica ambientale del citoplasma sembrano aver modellato l'evoluzione delle cariche nel proteoma cellulare.

Inaspettato

La nuova e inaspettata intuizione che la mobilità delle proteine ​​è una funzione della carica proteica può spiegare perché è difficile esprimere alcune proteine ​​in sistemi batterici con bassa forza ionica. 'Abbiamo osservato che una forza ionica più elevata riduce la viscosità delle proteine ​​caricate positivamente. Questa potrebbe essere una preziosa intuizione per la costruzione di piattaforme di espressione proteica.'

Un'ultima osservazione nel documento eLife è che i genomi di diversi endosimbionti mostrano un'abbondanza di proteine ​​​​caricate positivamente. "Questa scoperta ci sconcerta davvero", ammette Poolman. 'Ci si aspetterebbe che tutte queste proteine ​​siano attratte dai ribosomi endosimbionti. Finora, non abbiamo alcuna spiegazione di come questi organismi siano in grado di affrontare la diffusione lenta ei ribosomi che vengono inghiottiti da proteine ​​positive.'