I prioni sono aggregati proteici auto-propaganti che possono essere trasmessi tra le cellule. Gli aggregati sono associati a malattie umane. Infatti, i prioni patologici causano il morbo della mucca pazza e nell'uomo il morbo di Creutzfeldt-Jakob. L'aggregazione di proteine ​​simili ai prioni è anche associata alla neurodegenerazione come nella SLA. Le regioni all'interno di proteine ​​simili a prioni che sono responsabili della loro aggregazione sono state chiamate domini simili a prioni. Nonostante l'importante ruolo dei domini simili ai prioni nelle malattie umane, una funzione fisiologica è rimasta enigmatica. Ricercatori del Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG), il Centro di Biotecnologie della TU Dresda (BIOTEC), e la Washington University di St. Louis, Gli Stati Uniti hanno ora identificato per la prima volta un benigno, anche se biologicamente rilevante funzione dei domini prionici come sensori di stress specifici per proteine ​​che consentono alle cellule di adattarsi e sopravvivere agli stress ambientali. Scoprire la funzione fisiologica è un primo passo essenziale per colmare una lacuna nella comprensione del ruolo biologico dei domini prionici e della loro trasformazione in uno stato patologico che causa la malattia.

Le scoperte sono state pubblicate in Scienza .

L'aggregazione di proteine ​​simili ai prioni è associata a malattie umane. Il loro comportamento infettivo è paragonabile alla diffusione di un'infezione virale. Ciò solleva la questione del perché l'evoluzione ha mantenuto queste proteine ​​in giro:queste sequenze sono buone per qualcosa? Nel loro studio, il team attorno al leader del gruppo di ricerca Prof. Simon Alberti dell'MPI-CBG si è concentrato sulla proteina prionica di lievito Sup35, che ha una lunga storia come modello per la ricerca sui prioni. Hanno scoperto che il dominio prionico di Sup35 agisce come un sensore di stress che innesca la formazione di goccioline e gel proteici protettivi quando le cellule sono esposte a condizioni difficili.

Quando le cellule sono stressate, ad esempio perché sono affamati di sostanze nutritive, il loro livello di energia diminuisce. Questo porta ad una diminuzione del valore del pH citosolico - le cellule si acidificano. In risposta, si ferma la divisione cellulare, il metabolismo si spegne e le cellule entrano in modalità stand-by. Quando lo stress è finito, le cellule devono riprogrammare rapidamente il loro metabolismo e riavviare la crescita e la divisione. Il prof. Simon Alberti ei suoi colleghi hanno scoperto che il dominio prionico Sup35 è importante per la sopravvivenza allo stress. "Abbiamo scoperto che le cellule prive del dominio prionico mostrano un difetto di crescita quando si riprendono dallo stress", riassume Tito Franzmann, il primo autore dello studio. Gli scienziati hanno scoperto che il dominio prionico di Sup35 rileva il pH acido del citosol e quindi guida la formazione di goccioline proteiche che proteggono Sup35 dai danni. "Per immagazzinare la proteina le goccioline possono persino avanzare in una struttura gelatinosa", afferma il coautore Marcus Jahnel del gruppo di biofisica del Prof. Stephan Grill al BIOTEC. Queste goccioline proteiche - che si formano nel citoplasma in modo simile alle goccioline d'acqua condensate - possono dissolversi di nuovo, consentendo alla cellula di riutilizzare la proteina Sup35 quando riprende la crescita. Inoltre, i colleghi della Washington University di St. Louis hanno predetto le sequenze degli amminoacidi responsabili dei cambiamenti di rilevamento di Sup35 nel valore del pH citoplasmatico. In tale contesto, Rohit Pappu, Edwin H. Murty Professore di ingegneria biomedica alla Washington University, ha osservato che:"Scoprire i componenti molecolari che conferiscono queste capacità adattative di Sup35 ha anche importanti implicazioni per la comprensione delle cellule a livello molecolare e l'adozione di questi principi per la costruzione di sistemi sintetici".

Da un punto di vista evolutivo, i condensati Sup35 sono davvero interessanti, poiché sono conservati tra lieviti lontanamente imparentati che si sono separati quasi 400 milioni di anni fa. Ciò suggerisce che la formazione di goccioline e gel potrebbe essere una funzione ancestrale del dominio prionico Sup35. Titus Franzmann conclude:"Lo studio suggerisce che i domini prionici sono sensori di stress specifici delle proteine ​​che consentono alle cellule di rispondere a condizioni ambientali specifiche. In questo modo, potremmo mostrare per la prima volta una funzione positiva di un dominio prionico che è stato spesso associato solo ad aggregati che causano malattie. Quindi forse è questo il motivo per cui l'evoluzione li ha tenuti così a lungo".