Un team interdisciplinare di ricercatori provenienti da Francoforte sul Meno, Singapore e dagli Stati Uniti ha ora decifrato le strutture 3D delle proteine ​​FLVCR e le loro funzioni cellulari. I ricercatori hanno dimostrato che le proteine ​​trasportano i mattoni cellulari colina ed etanolamina. Le loro scoperte contribuiscono in modo significativo alla comprensione della patogenesi delle malattie rare e allo sviluppo di nuove terapie.

Nelle serie TV ospedaliere, i medici cercano diagnosi corrette e possibili trattamenti per pazienti con sintomi a volte sconcertanti o strani. In realtà, questo processo spesso richiede anni per le persone affette da malattie rare. In molti casi non esistono farmaci efficaci e le opzioni terapeutiche sono limitate.

Circa il 6%–8% della popolazione mondiale soffre di una malattia rara. Si tratta di circa 500 milioni di persone, anche se ciascuna delle oltre 7.000 malattie diverse colpisce solo circa 1 persona su 2.000. Poiché queste malattie sono così rare, la conoscenza medica e scientifica su di esse è limitata. Ci sono solo pochi esperti in tutto il mondo e manca una consapevolezza sociale.

Svelare la struttura e la funzione delle proteine ​​per comprendere le malattie e sviluppare terapie

Un team internazionale di ricercatori guidato da Schara Safarian, capogruppo di progetto presso l'Istituto di biofisica Max Planck nonché capogruppo indipendente presso l'Istituto Fraunhofer di medicina traslazionale e farmacologia ITMP, e l'Istituto di farmacologia clinica dell'Università Goethe di Francoforte, ha ora ha studiato la struttura e la funzione cellulare di due proteine, FLVCR1 e FLVCR2, che svolgono un ruolo causale in una serie di malattie ereditarie rare.

Gli scienziati hanno pubblicato le loro scoperte su Nature .

Malfunzionamenti di FLVCR1 e FLVCR2 dovuti a mutazioni genetiche causano malattie rare, alcune delle quali provocano gravi disturbi visivi, motori e sensoriali, come l'atassia della colonna posteriore con retinite pigmentosa, la sindrome di Fowler o neuropatie sensoriali e autonomiche. Quest'ultimo può, ad esempio, portare ad una completa perdita della sensazione di dolore.

"In molte malattie, comprese quelle rare, le strutture cellulari del nostro corpo vengono alterate e questo porta a malfunzionamenti nei processi biochimici", afferma Schara Safarian. "Per comprendere lo sviluppo di tali malattie e sviluppare terapie, dobbiamo sapere come sono strutturate queste proteine ​​a livello molecolare e quali funzioni svolgono nelle cellule sane."

FLVCR1 e FLVCR2 trasportano gli elementi costitutivi cellulari colina ed etanolamina

Gli scienziati hanno scoperto che FLVCR 1 e FLVCR2 trasportano le molecole colina ed etanolamina attraverso le membrane delle nostre cellule. "La colina e l'etanolamina sono essenziali per importanti funzioni corporee. Supportano la crescita, la rigenerazione e la stabilità delle nostre cellule, ad esempio nei muscoli, negli organi interni e nel cervello", spiega Safarian.

"Inoltre, la colina è coinvolta nel metabolismo dei grassi e nella disintossicazione del fegato. Il nostro corpo ne ha bisogno anche per produrre il neurotrasmettitore acetilcolina, che è fondamentale per il nostro sistema nervoso ed è necessario al nostro cervello per controllare gli organi. Quindi potete immaginare che i malfunzionamenti delle proteine ​​FLVCR può causare gravi disturbi neurologici e muscolari."

I ricercatori hanno utilizzato metodi microscopici, biochimici e assistiti da computer per studiare le proteine ​​FLVCR. "Abbiamo congelato le proteine ​​e poi le abbiamo osservate al microscopio elettronico", spiega Di Wu, ricercatore presso l'Istituto di biofisica Max Planck e coautore dello studio. "Un fascio di elettroni penetra nel campione congelato e l'interazione degli elettroni con il materiale crea un'immagine."

I ricercatori prendono molte immagini individuali, le elaborano e le combinano computazionalmente per ottenere strutture 3D di proteine ​​ad alta risoluzione. In questo modo, hanno potuto decifrare le strutture di FLVCR1 e FLVCR2 e vedere come cambiano in presenza di etanolamina e colina. Le simulazioni al computer hanno confermato e visualizzato il modo in cui le proteine ​​FLVCR interagiscono con l'etanolamina e la colina e modificano dinamicamente la loro struttura per consentire il trasporto dei nutrienti.

Safarian riassume:"I nostri risultati aprono la strada alla comprensione dello sviluppo e della progressione delle malattie rare associate alle proteine ​​FLVCR. In futuro, i pazienti potrebbero beneficiare di nuove terapie che ripristinano la qualità della loro vita."