Circa due anni fa, scienziati dell'Università di Würzburg hanno scoperto che una certa classe di recettori è in grado di percepire stimoli meccanici. Ora hanno iniziato a svelare i meccanismi molecolari alla base della scoperta.

Il recettore studiato negli ultimi anni dagli scienziati delle università di Würzburg e Lipsia funziona in modo simile al controllo del volume di uno stereo che esalta o attenua il segnale in ingresso. Il recettore in questione è chiamato latrofilina/CIRL.

Poco più di due anni fa, i ricercatori avevano sorpreso la comunità scientifica dimostrando che certi recettori, compresa latrofilina, rispondere a stimoli meccanici dall'ambiente per esempio vibrazioni, onde sonore o espansione. Facendo così, i recettori aiutano gli organismi a sentire, percepire i movimenti e controllare i propri movimenti.

Come le informazioni entrano nella cellula

Al tempo, però, i dettagli del contributo dei recettori erano ancora poco chiari, cioè come funziona il processo a livello molecolare. Intanto, i ricercatori sono stati in grado di far luce su alcuni dettagli cruciali. Presentano i loro risultati nell'ultimo numero della rivista scientifica eLife. Gli autori principali dello studio sono il dottor Robert Kittel, che dirige un gruppo di lavoro presso l'Istituto di Fisiologia/Dipartimento di Neurofisiologia dell'Università di Würzburg, e il professor Tobias Langenhan, che si è recentemente trasferito da Würzburg all'Università di Lipsia.

"Affinché le cellule possano percepire e rispondere agli stimoli esterni, l'informazione deve in qualche modo entrare nella cellula, " Robert Kittel spiega l'aspetto centrale dello studio. Ciò può essere realizzato attraverso canali ionici in cui uno stimolo meccanico viene convertito in una risposta elettrica in un processo molto semplice e veloce.

Con il recettore della latrofilina le cose sono diverse:"Non forma un canale e non trasmette lo stimolo elettricamente, " dice Kittel. Invece, attiva messaggeri intracellulari che innescano speciali cascate di segnali all'interno della cellula che alla fine influenzano anche i canali ionici. Secondo Kittel, il recettore ha quindi un effetto modulante sulla percezione dello stimolo come una sorta di regolatore di volume.

Collaborazione con numerosi esperti

Lo studio appena pubblicato è il risultato della collaborazione con specialisti di vari settori dell'Università di Würzburg, un aspetto particolarmente apprezzato da Robert Kittel.

Uno degli esperti che contribuiscono è il fisiologo vegetale Professor Georg Nagel, uno degli scienziati che ha scoperto una tecnica celebre che divenne nota come "optogenetica". Il principio alla base:Nagel caratterizza i canali ionici e gli enzimi che possono essere controllati con la luce. Robert Kittel e Tobias Langenhan hanno utilizzato le larve di Drosophila, la mosca della frutta, per i loro esperimenti che sono quasi trasparenti tanto che i ricercatori hanno potuto studiare il funzionamento dei recettori con semplici lampi di luce.

Il secondo esperto coinvolto era il professor Markus Sauer, capo del Dipartimento di Biotecnologie e Biofisica presso il Biocenter dell'Università di Würzburg. Con la sua squadra, Sauer ha sviluppato forme speciali di microscopia a fluorescenza ad alta risoluzione. Questa microscopia a "super risoluzione" consente l'imaging di strutture cellulari e molecole con una risoluzione fino a dieci volte maggiore rispetto ai microscopi ottici convenzionali. "Utilizzando la microscopia a super risoluzione, siamo stati in grado di individuare la posizione della membrana cellulare dove si trova il recettore, "dice Robert Kittel.

Anche la Dott.ssa Isabella Maiellaro e la Prof.ssa Esther Asan sono specialisti nel campo delle procedure di imaging. In collaborazione con Isabella Maiellaro del Dipartimento di Farmacologia, i ricercatori sono stati in grado di visualizzare direttamente il segnale del recettore intracellulare. Ester Asan, Professore all'Istituto di Anatomia e Biologia Cellulare II dell'Università di Würzburg, ha anche contribuito al successo dello studio con la sua esperienza in microscopia elettronica.

Inoltre, il progetto è stato sostenuto dalla vasta esperienza del Professor Matthias Pawlak presso l'Istituto di Fisiologia dell'Università di Würzburg nel campo della fisiologia sensoriale e della Dott.ssa Simone Prömel, un farmacologo presso l'Università di Lipsia. Robert Kittel vede queste collaborazioni come un buon esempio di come i moderni metodi biotecnologici possono aiutare a rispondere a domande fisiologiche.

Una famiglia molecolare molto importante

La Latrophilina/CIRL è un membro di una famiglia di molecole che ha più di 30 membri nell'uomo:i cosiddetti GPCR di adesione, un sottogruppo dei recettori accoppiati a proteine ​​G (GPCR). Centinaia di essi sono codificati nel genoma umano; la loro importanza è sostenuta, tra l'altro, dal fatto che circa la metà di tutti i farmaci da prescrizione mirano a questi recettori e aiutano a curare malattie comuni come l'ipertensione, asma o Parkinson.

Ciò dimostra quanto siano importanti i risultati della ricerca degli scienziati di Würzburg e Lipsia. Dopotutto, sapere cosa succede all'interno delle cellule è un prerequisito per sviluppare una migliore comprensione dei processi patologici e progettare nuove terapie. "I processi della biologia cellulare sono ben conservati in termini di evoluzione, " dice Robert Kittel. Meccanismi simili sono all'opera anche nelle cellule umane.

Robert Kittel e Tobias Langenhan sono anche membri di un'unità di ricerca finanziata da Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG FOR 2149) che studia il comportamento di segnalazione dei GPCR di adesione. L'attuale studio sfrutta la buona accessibilità sperimentale della Drosophila per portare più rapidamente le nuove tecnologie in un contesto biomedico. Ciò consente di descrivere per la prima volta i meccanismi molecolari di base. Questi meccanismi devono ora essere studiati in ulteriori organismi e contesti fisiologici in collaborazione con altri scienziati.