I microscopi elettronici e la moderna elaborazione delle immagini al computer hanno permesso ai ricercatori dell'Università di Tokyo di scoprire la corretta struttura di una proteina essenziale nel sistema immunitario, IgM, e una proteina molto più piccola che è legata all'interno, SCOPO. IgM è il più grande, forma esagonale incompleta e AIM è la forma a fava più piccola all'interno dello spazio a forma di cuneo. Nell'immagine a destra, AIM è più facilmente riconoscibile come il bianco brillante, macchia a forma di fagiolo. Credito:Hiramoto et al., originariamente pubblicato in Progressi scientifici , CC-BY
I ricercatori hanno rivelato la struttura di una proteina immunitaria essenziale, creare possibilità future per sviluppare farmaci più efficaci per una serie di malattie, dal cancro alle malattie neurologiche. I ricercatori dell'Università di Tokyo hanno fatto questa scoperta con l'analisi delle immagini computerizzata e l'imaging al microscopio elettronico moderno.
I ricercatori hanno verificato la struttura della proteina naturale dell'immunoglobulina M (IgM), una parte importante del sistema immunitario, utilizzando versioni murine e umane della proteina. L'IgM è ora inteso come un esagono incompleto, o un pentagono con uno spazio a forma di cuneo.
"Dovremo rivedere i libri di testo, " ha detto il professor Toru Miyazaki, il capofila del laboratorio dove è stata individuata la struttura IgM presso la Graduate School of Medicine.
L'IgM è la prima proteina del sistema immunitario che si sviluppa nel feto umano e rimane la prima risposta agli agenti patogeni per tutta la vita. La struttura delle IgM è stata identificata per la prima volta nel 1969 come "a cinque punte, tavolo a forma di stella" e aggiornato nel 2009 per essere una cupola a cinque lati o "tappo a fungo".
"Il modello originale di IgM è stato realizzato osservando manualmente alcune singole molecole con quello che oggi pensiamo sia un microscopio a bassa risoluzione. Ora abbiamo immagini più chiare e il computer può esaminare migliaia di singole molecole di IgM, " ha detto Miyazaki.
La scoperta del 2018 dell'esagono incompleto era in realtà un interesse secondario per Miyazaki, originariamente un medico che ha costruito la sua carriera di ricerca studiando una proteina diversa chiamata inibitore dell'apoptosi dei macrofagi (AIM).
La vera struttura 2D del pentamero IgM e la sua associazione con AIM. Credito:Toru Miyazaki &Satoko Arai
Poiché identificando la forma corretta di IgM, i ricercatori ora capiscono che l'AIM inattivo è annidato all'interno dello spazio vuoto dell'esagono incompleto di IgM. La connessione strutturale tra IgM e AIM significa che i farmaci con la capacità di regolare il rilascio di AIM potrebbero essere utilizzati per creare terapie per la malattia basate su AIM.
"Possiamo pensare all'AIM come a un jet da combattimento e all'IgM come alla nave portaerei. Quando altre molecole attivano il sistema immunitario, IgM rilascia AIM. La proteina AIM, molto più piccola, fa il giro del corpo per eliminare le cellule danneggiate e prevenire le malattie, " ha detto Miyazaki.
Miyazaki ha identificato l'AIM nel 1999 mentre lavorava presso l'Istituto di Immunologia di Basilea in Svizzera. Le sue piccole dimensioni significano che AIM viene facilmente eliminato dal corpo dai reni ed escreto nelle urine, quindi rimanere vincolato all'interno dell'IgM più grande protegge l'AIM dall'essere rimosso prima che sia necessario.
AIM è una molecola comune nel flusso sanguigno, ma è attivo solo quando il corpo sviluppa una malattia. L'obiettivo è noto per essere importante per prevenire l'obesità, malattia del fegato grasso, carcinoma epatocellulare (cancro del fegato), sclerosi multipla (SM), peritonite indotta da funghi (infiammazione della membrana della parete addominale), e danno renale acuto.
La struttura esagonale incompleta è ancora solo una comprensione 2-D della struttura IgM. Miyazaki e il suo team continuano a fare ulteriori analisi e sperano di riportare presto la struttura 3-D delle IgM.
