Le cellule possono evitare le "violazioni dei dati" quando lasciano entrare le proteine ​​di segnalazione nei loro nuclei grazie a un meccanismo biofisico eccentrico che coinvolge una sfocatura di proteine ​​simili a spaghetti, lo hanno dimostrato i ricercatori della Rockefeller University e dell'Albert Einstein College of Medicine. Il loro studio appare nel numero del 23 marzo del Journal of Biological Chemistry .

In ogni cellula umana, tutti i progetti e le istruzioni del corpo sono immagazzinati sotto forma di DNA all'interno del nucleo. Le molecole che devono viaggiare dentro e fuori dal nucleo - per attivare o disattivare i geni o recuperare informazioni - lo fanno attraverso passaggi chiamati complessi di pori nucleari (NPC). Il traffico attraverso questi NPC deve essere strettamente controllato per prevenire il dirottamento del DNA da parte di virus o malfunzionamenti come nel cancro.

Per viaggiare attraverso gli NPC, molte molecole devono essere legate a proteine ​​chiamate fattori di trasporto (TF), che fungono da navette che l'NPC riconosce. Ma l'NPC deve affrontare una sfida:deve riconoscere accuratamente e legarsi ai TF per lasciarli passare senza ammettere traffico indesiderato, ma deve lasciarli passare rapidamente, in pochi millisecondi, affinché la cellula possa svolgere i suoi compiti. Proteine ​​note per legarsi accuratamente a molecole specifiche, come anticorpi, normalmente rimangono attaccati ai loro obiettivi per periodi fino a mesi.

"Come diavolo hai il tipo di specificità che vediamo nelle interazioni proteina-proteina come gli anticorpi, eppure abbiamo il tipo di velocità che vediamo con l'acqua fuori da una padella di teflon?" chiese Michael Rout, professore alla Rockefeller University che è stato uno dei co-autori principali del lavoro.

Per indagare su questo paradosso, Il team di Rout, in collaborazione con un team guidato da David Cowburn dell'Albert Einstein College of Medicine, ha esaminato il materiale all'interno del poro nucleare. L'apertura è rivestita con un tipo di proteine ​​note come polipeptidi intrinsecamente disordinati, tratti di amminoacidi senza un distinguibile, forma definita.

"La roba che riempie l'NPC è... come gli spaghetti, fili molto lunghi fatti di una specie di roba sinuosa, "ha detto Ryo Hayama, il borsista postdottorato che è stato uno dei co-primi autori dello studio.

I polipeptidi intrinsecamente disordinati dell'NPC sono chiamati nucleoporine fenilalanina-glicina, o FG Nups. Le interazioni tra FG Nups e TF sono fondamentali per la funzione di gatekeeping del poro nucleare. Ma come funziona questa interazione, sia in cellule sane che malate, non è ben compreso, principalmente a causa delle difficoltà nello studio delle proteine ​​con disordine intrinseco.

"Metodi convenzionali come la microscopia elettronica o la cristallografia possono solo dare una visione letteralmente sfocata, perché le proteine ​​stesse sono sfocate, "Rout ha detto. "Sono disordinati e in movimento."

Hayama e il co-primo autore Samuel Sparks hanno eseguito esperimenti termodinamici in cui hanno costruito FG Nups di un numero diverso di ripetizioni FG e misurato quanto calore emanavano quando mescolati con proteine ​​del fattore di trasporto. Questi dati potrebbero essere usati per calcolare come il numero di punti di contatto tra il fattore di trasporto e l'NPC ha influenzato la forza e la rapidità con cui si sono legati l'uno all'altro.

Hanno scoperto che la chiave di questa interazione essendo così specifica, eppure fugace, era in molti veloce, contatti transitori tra fattori di trasporto e FG Nups. Analogamente ai fili e ai ganci del velcro, ogni coppia di amminoacidi della regione FG Nup è attaccata solo molto debolmente al fattore di trasporto, con un risultato complessivo di affinità tra i due soci; ma a differenza del velcro, i partner non sono rimasti uniti più a lungo del necessario affinché il fattore di trasporto attraversi il poro nucleare.

"Non riesco a pensare ad alcuna analogia nella vita normale che faccia ciò che fa questo, " Ha detto Rout. "Hai questa sfocatura di (amminoacidi) che si accende e si spegne (il fattore di trasporto) con una velocità straordinaria".

Questa interazione "sfocata" è insolita, e forse un caso estremo tra le interazioni proteina-proteina nelle cellule, ha detto Cowburn. Ma comprenderlo è importante per controllare l'accesso al nucleo, una vulnerabilità chiave nella funzione cellulare." Nei tumori, possono esserci mutazioni nel complesso dei pori nucleari e nei fattori di trasporto cellulare, " disse Cowburn. "E, allo stesso modo, è noto che numerosi virus prendono di mira deliberatamente il complesso dei pori nucleari e i fattori di trasporto e li alterano al fine di usurpare la (cellula) per i propri scopi. Non si sa ancora esattamente cosa stiano facendo e come lo stiano facendo, perché stiamo ancora cercando di districare il normale meccanismo".