Uno studio descrive come un enzima chiamato GSK3β può fungere da interruttore di arresto per una proteina motoria chiamata chinesina 1. La linea scura nel pannello di sinistra mostra la traiettoria di una proteina motoria chinesina 1 con movimento normale. La macchia scura nel pannello di destra mostra la traiettoria di una proteina motoria chinesina 1 il cui movimento è stato bloccato. Credito:Rupkatha Banerjee, adattato da una figura pubblicata su Sviluppo in un articolo del 23 dicembre 2021 di Banerjee et al.
All'interno dei neuroni, le proteine motorie trasportano carichi preziosi, spostando beni essenziali lungo strade filiformi chiamate binari dei microtubuli.
Questo sistema autostradale in miniatura è vitale per mantenere sani i neuroni:quando il traffico scorre bene, i materiali critici sono in grado di raggiungere aree distanti delle cellule dove sono necessari. Quando il sistema si guasta, può ostacolare la funzione cellulare e portare alla morte cellulare.
Ora, gli scienziati hanno identificato un nuovo strumento per il controllo del traffico. In uno studio pubblicato a dicembre 2021 sulla rivista Sviluppo , i ricercatori descrivono come un enzima chiamato GSK3β può fungere da interruttore di arresto per un tipo di proteina motoria chiamata chinesina 1.
"La nostra pubblicazione descrive in dettaglio come GSK3β attacca un tag molecolare ai motori della chinesina 1, che fa sì che i motori si fermino senza staccarsi dalle tracce dei microtubuli. Siamo super eccitati, poiché ora sappiamo come controllare il 'motore' mentre si muove su un binario ", afferma l'autrice senior Shermali Gunawardena, Ph.D., professore associato di scienze biologiche presso l'Università del College of Arts and Sciences di Buffalo (UB).
"Il trasporto di carichi tramite motori è un processo strettamente coordinato, eppure i meccanismi molecolari che controllano questi 'motori' lungo le tracce dei microtubuli rimangono in gran parte sconosciuti", afferma il primo autore dello studio, Rupkatha Banerjee, Ph.D., un ricercatore associato post-dottorato presso Scripps Research in Florida che ha completato il dottorato in scienze biologiche presso UB.
"Il nostro lavoro fornisce una comprensione approfondita di come l'enzima GSK3β agisce come un regolatore chiave del motore della chinesina 1", aggiunge Banerjee. "In particolare, abbiamo identificato un sito preciso sulla chinesina 1 che è modificato da GSK3β. Usando la biologia molecolare, l'analisi in vitro e la genetica della mosca, insieme a tecniche di imaging in vivo, siamo stati in grado di svelare i dettagli meccanicistici con cui l'interruzione di questo un particolare sito influisce sul movimento motorio e sull'attaccamento motorio ai carichi o alle tracce dei microtubuli in un intero organismo."
I risultati, basati su esperimenti di laboratorio, tra cui alcuni nei neuroni delle larve di moscerini della frutta, potrebbero aprire le porte a future ricerche sulla sospensione dei motori come meccanismo per il trattamento delle malattie.
Gunawardena evidenzia il cancro come un potenziale esempio. "Nel cancro, le cellule si dividono rapidamente e i motori sono coinvolti in questo. Quindi, se riesci a fermare i motori, puoi avere un impatto su questa divisione continua delle cellule", afferma.
Da una diversa angolazione, osserva che "in alcune malattie neurodegenerative, si vedono blocchi del carico all'interno dei neuroni perché le cose si bloccano sulla strada. Se riusciamo a controllare i motori e a fermarli, forse possiamo aiutare a liberare la pista e ottenere sbarazzarsi di questi blocchi. In alcune parti della California, nelle ore di punta, ci sono semafori che lasciano entrare solo così tante auto a una certa ora per evitare che l'autostrada si riempia troppo, il che rallenterebbe il traffico e causerebbe blocchi al traffico. Forse noi possiamo applicare questo concetto anche ai neuroni, se riusciamo a controllare i motori accendendoli o spegnendoli."
I coautori dello studio includono anche Piyali Chakraborty, laureato in MS al programma di neuroscienze di UB, e Michael C. Yu, Ph.D., professore associato di scienze biologiche presso UB.
Oltre a descrivere in dettaglio come GSK3β può fermare i motori della chinesina 1, la ricerca ha esplorato altri aspetti dell'interazione dell'enzima con i motori, con risultati che sottolineano l'idea che GSK3β svolge un ruolo importante nella messa a punto del movimento motorio della chinesina 1 all'interno dei neuroni all'interno di un organismo vivente .
"Questa pubblicazione sottolinea la messa a punto della funzione motoria come potenziale approccio per ripristinare i difetti di trasporto che contribuiscono alla neurodegenerazione e al cancro", afferma Banerjee.
