I loro risultati, riportati negli Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , suggeriscono un nuovo meccanismo per questo processo ubiquitario e potrebbero eventualmente portare a nuovi trattamenti per le condizioni in cui si ritiene che la fusione della membrana vada storta.

"I libri di testo di biologia dicono che gli SNARE uniscono le membrane per causare la fusione, e molte persone erano contente di questa spiegazione. Ma non io, perché le membrane messe in contatto normalmente non si fondono. La nostra simulazione va più in profondità per mostrare come avviene questo importante processo." ha affermato il leader dello studio Jose Rizo-Rey ("Josep Rizo"), Ph.D., professore di biofisica, biochimica e farmacologia presso l'UT Southwestern.

La fusione delle membrane è essenziale per la vita. Un esempio tipico si verifica nei neuroni, le cellule che costituiscono la base del sistema nervoso e costituiscono la maggior parte del cervello, del midollo spinale e dei nervi periferici. Queste cellule comunicano tra loro rilasciando sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori dalle vescicole che devono fondersi con la membrana cellulare del neurone originario dall'interno affinché i neurotrasmettitori vengano rilasciati e riconosciuti da altri neuroni.

Tutte le membrane cellulari negli eucarioti – organismi le cui cellule hanno un nucleo legato alla membrana – sono costituite da un doppio strato di fosfolipidi, molecole che hanno una testa che interagisce con l’acqua e una coda che la respinge. Le teste di queste molecole formano i rivestimenti interno ed esterno delle membrane e le code sono inserite nel mezzo. Le membrane a doppio strato fosfolipidico circondano le cellule eucariotiche, i loro nuclei, molti dei loro organelli e alcune altre caratteristiche, come sacche piene di liquido chiamate vescicole che trasportano il carico all'interno e tra le cellule.

Intorno al 1990, i ricercatori hanno scoperto che gli SNARE, abbreviazione di recettori solubili della proteina di attacco del fattore sensibile alla N-etilmaleimide, svolgono un ruolo chiave nella fusione della membrana. La comprensione prevalente è che queste proteine ​​formano un complesso che funziona come una cerniera, portando le membrane a stretto contatto e portandole a fondersi. Tuttavia, ha spiegato il dottor Rizo-Rey, gli studi condotti nel corso degli anni hanno suggerito che questa teoria presentava lacune significative. Ad esempio, gli SNARE mutati che portavano ancora le membrane in contatto non ne provocavano la fusione.

Per comprendere meglio il ruolo degli SNARE nella fusione delle membrane, il dottor Rizo-Rey e i suoi colleghi hanno provato un approccio diverso. Affidandosi a Frontera, uno dei supercomputer più veloci del mondo, ospitato presso il Texas Advanced Computing Center dell'Università del Texas ad Austin, il team ha eseguito una simulazione della dinamica molecolare di tutti gli atomi di una vescicola che si fonde con un doppio strato lipidico che imita le membrane delle cellule neuronali.

Questo tipo di simulazione utilizza algoritmi per prevedere come interagiscono tutte le molecole di un sistema specifico in base alle proprietà degli atomi coinvolti:in questo caso circa 5,3 milioni di atomi, il cui monitoraggio richiede un'enorme potenza di calcolo.

Questa simulazione ha dimostrato che, invece di limitarsi a riunire le membrane biologiche, il complesso SNARE induce i fosfolipidi nella membrana cellulare e nelle vescicole a ribaltarsi, mescolando le loro code idrorepellenti. Questa azione porta le membrane a fondersi e successivamente a formare un poro che espelle il contenuto della vescicola all'esterno della cellula.

La Dott.ssa Rizo-Rey ha avvertito che sono necessarie ulteriori ricerche per confermare che questo meccanismo avviene nelle cellule. Tuttavia, ha detto, i risultati della simulazione hanno molto senso da un punto di vista fisico-chimico e si adattano bene a quelli di numerosi altri studi sulla fusione cellulare nel corso degli anni.

Sebbene non vi siano implicazioni immediate relative alla salute per questa scoperta, ha aggiunto, i ricercatori potrebbero eventualmente essere in grado di utilizzare questi risultati per creare nuove terapie per una varietà di malattie neurologiche come il morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson, la schizofrenia e l'epilessia, condizioni in che alcuni trattamenti esistenti si concentrano già sulla promozione o sull'inibizione del rilascio di neurotrasmettitori.

Anche il diabete, le malattie cardiache, l'ipertensione, il cancro e le infezioni virali dipendono in larga misura dalla fusione delle membrane e potrebbero eventualmente essere curati intervenendo in questo processo, ha affermato il dottor Rizo-Rey.