Gli chaperon sono proteine specializzate nella cellula che aiutano altre proteine a raggiungere le loro forme 3D funzionali, che corrispondono agli stati preferiti all'equilibrio termodinamico. Ma un nuovo studio dell'EPFL, Gli scienziati di UNIL e INSERM (Francia) mostrano che gli chaperon possono anche mantenere le proteine in stati di non equilibrio, potenzialmente alterando il loro destino. L'opera è pubblicata in Natura chimica biologia .
Dopo la traduzione, le proteine devono piegarsi alla loro forma 3D funzionale e mantenerla mentre sono sotto attacco da varie perturbazioni:stress esterni come cambiamenti di temperatura, interazioni errate con altre proteine nella cellula, e anche mutazioni deleterie. Per garantire che le proteine rimangano funzionali, la cellula utilizza una particolare classe di proteine, gli accompagnatori. Questi sono presenti in tutti gli organismi e sono tra le proteine più abbondanti nelle cellule, sottolineando quanto siano cruciali per sostenere la vita.
L'opinione attuale è che la forma 3D funzionale di una proteina sia anche il suo stato più termodinamicamente stabile, e che gli chaperon aiutano le proteine a raggiungere questo stato impedendo loro di aggregarsi e consentendo loro di sfuggire alle cosiddette "trappole cinetiche" - punti in cui la proteina può rimanere "bloccata" in uno stato non funzionale. E per fare tutto questo, gli accompagnatori hanno bisogno di energia, che nella cellula si presenta sotto forma di adenosina trifosfato, o ATP.
I laboratori di Paolo De Los Rios all'EPFL e Pierre Goloubinoff all'UNIL, in collaborazione con Alessandro Barducci (INSERM - Montpellier) hanno ora dimostrato che l'energia dell'ATP viene utilizzata dagli chaperon per mantenere attivamente le proteine su cui stanno lavorando in una versione non in equilibrio ma transitoriamente stabile della forma funzionale, anche in condizioni in cui la forma funzionale non dovrebbe essere termodinamicamente stabile.
"Quello che abbiamo scoperto è che gli chaperon possono attivamente riparare e ripristinare le proteine su cui agiscono in uno stato stazionario di non equilibrio, " dice De Los Rios. "In questo stato, le proteine sono nel loro stato nativo anche se, dal punto di vista della termodinamica dell'equilibrio, non dovrebbero."
I ricercatori hanno combinato approcci teorici e sperimentali per dimostrare che gli chaperon sono motori molecolari, in grado di svolgere lavoro ed estendere l'intervallo di stabilità delle proteine. I risultati possono mettere in discussione parti della visione prevalente secondo cui l'evoluzione ha progettato sequenze di amminoacidi in modo che lo stato funzionale della proteina a cui appartengono sia termodinamicamente ottimale.
"In presenza di accompagnatori, anche le proteine termodinamicamente subottimali potrebbero essere in grado di raggiungere la loro forma funzionale, facilitando l'evoluzione nella sua infinita esplorazione delle possibilità chimiche, "dice De Los Rios.
