Utilizzando una combinazione di tecniche avanzate, i ricercatori dell'Università della California, San Francisco (UCSF) hanno scoperto i meccanismi fondamentali mediante i quali le proteine piezoelettriche convertono i segnali meccanici in segnali elettrici. I loro risultati, pubblicati sulla rivista Nature, fanno luce sulle basi molecolari della sensazione di pressione e aprono la strada a potenziali interventi terapeutici mirati alle proteine piezoelettriche in varie malattie.
Le proteine piezoelettriche sono canali ionici che consentono agli ioni di fluire attraverso la membrana cellulare, alterando il potenziale elettrico della cellula. Studi precedenti avevano identificato le proteine piezoelettriche come componenti essenziali dei neuroni meccanosensoriali, che percepiscono e rispondono agli stimoli meccanici. Tuttavia, l’esatto meccanismo con cui queste proteine convertono la forza meccanica in segnali elettrici è rimasto sfuggente.
Nel presente studio, i ricercatori si sono concentrati su Piezo1, una delle due proteine Piezo conosciute nei mammiferi. Utilizzando la microscopia crioelettronica (cryo-EM), una tecnica all'avanguardia per visualizzare le proteine a livello atomico, i ricercatori hanno catturato immagini dettagliate di Piezo1 in diverse conformazioni. Ciò ha permesso loro di identificare i principali cambiamenti strutturali che si verificano in risposta alla forza meccanica.
I ricercatori hanno scoperto che Piezo1 è composto da tre pale che formano una struttura simile a un’elica. Quando viene applicata la forza meccanica, queste lame ruotano l'una rispetto all'altra, provocando l'apertura del canale e consentendo il flusso degli ioni. Questo cambiamento conformazionale è innescato da una regione specifica della proteina chiamata “molla di controllo”, che agisce come un interruttore molecolare.
"Abbiamo scoperto che la molla di collegamento è un collegamento flessibile che collega due delle lame", spiega l'autore senior Dr. Yifan Cheng, professore di farmacologia cellulare e molecolare presso l'UCSF. "Quando viene applicata la forza, questo linker si allunga, provocando la rotazione delle lame e l'apertura del canale."
Questo studio fornisce una base strutturale per comprendere come le proteine piezoelettriche funzionano come sensori meccanici. Potrebbe avere implicazioni per lo sviluppo di farmaci che prendono di mira le proteine piezoelettriche per modulare la meccanosensazione, portando potenzialmente a nuovi trattamenti per condizioni come dolore cronico, perdita dell’udito e malattie cardiovascolari.
"I nostri risultati migliorano la nostra comprensione di come funzionano le proteine piezoelettriche e aprono nuove strade per esplorare il ruolo di queste proteine nella salute e nelle malattie umane", afferma il dott. Cheng.
