La multicellularità, la capacità degli organismi di formare strutture complesse composte da molte cellule specializzate, è un'importante pietra miliare evolutiva che ha consentito lo sviluppo di diverse forme di vita. Tuttavia, i meccanismi molecolari che hanno guidato l’evoluzione della multicellularità sono rimasti poco compresi. I legami disolfuro, legami chimici covalenti che si formano tra due residui di amminoacidi di cisteina, svolgono un ruolo critico nella struttura e nella stabilità delle proteine. Si è scoperto che sono significativamente arricchiti nelle proteine di adesione cellula-cellula e in altre proteine coinvolte nelle interazioni cellula-cellula negli organismi multicellulari.
Per studiare ulteriormente il ruolo del ripiegamento delle proteine e dei legami disolfuro nella multicellularità, il gruppo di ricerca ha condotto esperimenti sul lievito Saccharomyces cerevisiae, un fungo unicellulare che non ha la capacità di formare legami disolfuro nel reticolo endoplasmatico (ER), il compartimento cellulare dove la maggior parte delle proteine vengono piegate e modificate.
Utilizzando tecniche di ingegneria genetica, i ricercatori hanno introdotto un meccanismo per la formazione dei legami disolfuro nell'ER delle cellule di lievito. Ciò ha consentito alle cellule di formare legami disolfuro, che hanno innescato un cambiamento nei modelli di ripiegamento delle proteine paragonabile a quello osservato negli organismi multicellulari. È importante sottolineare che queste cellule di lievito modificate hanno acquisito la capacità di formare aggregati cellula-cellula che somigliavano a strutture multicellulari rudimentali.
Questi risultati forniscono una forte evidenza del ruolo causale delle alterazioni del ripiegamento delle proteine, in particolare dell’incorporazione di legami disolfuro, nell’evoluzione della multicellularità. Modificando il panorama del ripiegamento delle proteine, l'incorporazione di legami disolfuro ha facilitato l'emergere di proteine con maggiore complessità, stabilità e proprietà di adesione. Questi cambiamenti, a loro volta, hanno consentito lo sviluppo di interazioni cellula-cellula e la formazione di strutture multicellulari, aprendo nuove possibilità per la specializzazione cellulare e l’evoluzione di organismi complessi.
Il significato dello studio si estende oltre il regno della biologia evoluzionistica. Offre una comprensione più profonda delle basi molecolari della multicellularità, che potrebbe informare la ricerca futura sull’ingegneria dei tessuti, sulla medicina rigenerativa e sulla progettazione di sistemi multicellulari sintetici.
