Utilizzando una combinazione di tecniche avanzate, i ricercatori dell'Università della California, San Francisco (UCSF) e dell'Howard Hughes Medical Institute (HHMI) hanno identificato gli elementi strutturali chiave all'interno delle proteine piezoelettriche che consentono il rilevamento delle forze meccaniche. I loro risultati, pubblicati sulla rivista Nature l’8 febbraio 2023, fanno luce sui meccanismi fondamentali alla base di una classe cruciale di proteine sensoriali.
Le proteine piezoelettriche sono canali ionici incorporati nelle membrane delle cellule. Funzionano come sensori che convertono gli stimoli fisici in segnali elettrici. Studi precedenti avevano suggerito che le proteine piezoelettriche funzionano attraverso lo stiramento di domini specifici in risposta a forze meccaniche, in modo simile allo stiramento di una molla. Tuttavia, le precise caratteristiche strutturali responsabili di questo allungamento sono rimaste poco chiare.
Per colmare questa lacuna di conoscenza, il gruppo di ricerca guidato dal dottor Ardem Patapoutian, un rinomato esperto nel campo della sensazione tattile e delle proteine piezoelettriche, ha condotto una serie di esperimenti. Hanno utilizzato la microscopia crioelettronica per acquisire immagini ad alta risoluzione delle proteine piezoelettriche nel loro stato naturale. Ciò ha permesso loro di visualizzare la struttura tridimensionale di queste proteine con un dettaglio senza precedenti.
La loro analisi ha rivelato che le proteine piezoelettriche sono costituite da più regioni note come “lame” e “pagaie”. Queste strutture agiscono rispettivamente come leve e cancelli. Quando si applicano forze meccaniche alle pale, queste si muovono, innescando un cambiamento nella conformazione delle pale. Questi cambiamenti conformazionali controllano quindi l’apertura e la chiusura del canale ionico, convertendo infine il segnale meccanico in elettrico.
Le scoperte del team forniscono una svolta nella comprensione dei meccanismi molecolari delle proteine piezoelettriche e del loro ruolo nel rilevamento delle forze meccaniche. Questa conoscenza non solo approfondirà la nostra comprensione dei processi cellulari fondamentali, ma potrebbe anche aprire nuove strade per interventi terapeutici mirati alle proteine piezoelettriche e alle condizioni correlate, ad esempio nel trattamento del dolore o dell’ipertensione.
La ricerca futura si concentrerà sull’ulteriore perfezionamento della nostra comprensione delle proteine piezoelettriche e delle loro interazioni con altri componenti cellulari per svelare completamente le complessità del rilevamento meccanico nelle cellule e nei tessuti.
