Un nuovo studio condotto da ingegneri del MIT rivela come un minuscolo motore proteico cammina lungo un’autostrada cellulare, trasportando merci e generando forza. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Communications, potrebbe portare a nuovi modi per curare le malattie che comportano il malfunzionamento delle proteine motorie.
La proteina motrice, chiamata chinesina-1, è responsabile del trasporto di carichi importanti attraverso la cellula. Si muove lungo i microtubuli, che sono filamenti lunghi e sottili che formano il citoscheletro della cellula. Kinesin-1 utilizza l'energia dell'ATP, la valuta energetica della cellula, per compiere passi lungo il microtubulo, portando con sé il suo carico.
Il team del MIT ha utilizzato una combinazione di pinzette ottiche e imaging di singole molecole per studiare come si muove la chinesina-1. Hanno scoperto che la proteina effettua un movimento "mano nella mano", utilizzando una testa per legarsi al microtubulo mentre l'altra testa oscilla in avanti per fare il passo successivo.
"Siamo stati in grado di vedere la proteina motrice compiere passi individuali, cosa mai vista prima", afferma l'autore principale dello studio James Lockhart, un postdoc presso il Dipartimento di Ingegneria Biologica. "Questo ci ha permesso di ottenere una comprensione dettagliata di come la chinesina-1 genera forza."
I ricercatori hanno scoperto che la chinesina-1 genera forza piegando il collo. Quando il collo è piegato, tira il carico in avanti. Il team ha inoltre identificato un residuo specifico sul collo della chinesina-1, essenziale per la generazione della forza.
"Questo residuo è come un cricchetto", afferma l'autrice senior dello studio Catherine D. Fuh, professore associato di ingegneria biologica. "Permette alla chinesina-1 di spostarsi in avanti lungo il microtubulo, ma le impedisce di muoversi all'indietro. Questo è importante perché garantisce che il carico venga trasportato nella direzione corretta."
I risultati dello studio potrebbero portare a nuovi modi per trattare le malattie che comportano il malfunzionamento delle proteine motorie. Ad esempio, i difetti della chinesina-1 sono stati collegati a malattie neurodegenerative come l'Alzheimer e il Parkinson. Comprendendo come funziona la chinesina-1, i ricercatori potrebbero essere in grado di sviluppare farmaci in grado di correggere questi difetti e migliorare i risultati dei pazienti.
"Il nostro studio fornisce una nuova comprensione di come le proteine motrici generano forza", afferma Fuh. "Questa conoscenza potrebbe essere utilizzata per sviluppare nuovi trattamenti per una varietà di malattie."
L'articolo, "Visualizzazione a singola molecola del passo della chinesina-1 sui microtubuli", è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications l'11 luglio 2019. Il gruppo di ricerca comprendeva James Lockhart, Catherine D. Fuh e Michelle A. Kinney del MIT; e John M. Scholey dell'Università della California, Davis.
La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health e dalla Muscular Dystrophy Association.
