Il modo in cui i nostri corpi gestiscono il glucosio, lo zucchero semplice che fornisce energia dal cibo che mangiamo, sembra essere intrecciato con il modo in cui le cellule mantengono il loro normale funzionamento, secondo una nuova ricerca dell'Università di Chicago.

Lo studio, pubblicato con gli scienziati dello Scripps Research Institute il 15 ottobre in Natura , trovato un legame tra il processo che gestisce il glucosio nelle cellule e quello che regola la disintossicazione. Ciò suggerisce una nuova comprensione di una funzione fondamentale nei nostri corpi, e uno che potrebbe fornire nuove informazioni sui disturbi dal cancro al diabete.

Raymond Moellering, professore assistente presso il Dipartimento di Chimica dell'UChicago, stava cercando di scoprire il ruolo di una particolare molecola coinvolta nel percorso che innesca il processo di disintossicazione di una cellula, una sorta di equipaggio di pulizia per rimuovere le tossine e gli accumuli quando qualcosa va storto nella cellula. Questo percorso si presenta quando si studiano tutti i tipi di disturbi:cancro, diabete, malattie infiammatorie e malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer.

Sembrava che la proteina chiave per attivare questo percorso, KEAP1, veniva attivato da una nuova piccola molecola scoperta in laboratorio, ma non sembrava utilizzare nessuno dei normali meccanismi noti agli scienziati.

Rintracciando le vie interessate da questa molecola, Il team di Moellering ha scoperto che coinvolgeva un altro percorso oltre alla disintossicazione:il percorso che il corpo utilizza per elaborare il glucosio. "Nessuno sapeva che quelli erano direttamente collegati, " ha detto Moellering.

Come i nostri corpi affrontano il glucosio, che viene prodotto quando scomponiamo il cibo per produrre energia, è cruciale per praticamente tutta la vita in tutto il mondo, e quindi importante in molte malattie, come il diabete. Perché è così antico e fondamentale, è anche un percorso davvero difficile da manipolare in laboratorio. "A differenza di molti geni o percorsi nelle cellule umane, non puoi semplicemente spegnere i processi coinvolti nel metabolismo del glucosio per vedere come si collega ad altri percorsi, perché se lo fai la cellula muore e le connessioni si perdono, " ha detto Moellering.

Per fortuna, problemi biologici difficili sono la specialità di Moellering. Nella maggior parte delle tecniche di studio della biologia, gli scienziati possono solo intravedere istantanee dell'attività cellulare, come cercare di capire la trama di Matrix basata su un paio di fotogrammi dell'intero film. Il laboratorio di Moellering cerca di rimediare sviluppando una tecnologia per misurare l'attività e le interazioni nelle cellule vive mentre accade.

Utilizzando una combinazione di tecniche, hanno scoperto che KEAP1 è in realtà attivato da un accumulo di glucosio nella cellula. "Sembra molto chiaramente che KEAP1 stia ascoltando il metabolismo del glucosio, e di conseguenza attivando meccanismi di disintossicazione, " ha detto Moellering.

La parte strana era come questo accade. I ricercatori hanno dimostrato che quando KEAP1 viene esposto a una molecola prodotta durante la scomposizione del glucosio, le singole proteine ​​KEAP1 si uniscono a coppie, che poi innesca una cascata di altri segnali nella cellula per iniziare i meccanismi di disintossicazione. I metodi precedenti non potevano rilevare come queste molecole, proteine ​​e percorsi interagiscono all'interno della cellula.

Apertura di nuovi percorsi

La scoperta è entusiasmante su più livelli, ha detto Moellering. Questo particolare percorso è un indizio per comprendere tutti i tipi di disturbi, perché la disintossicazione è un ruolo così importante nella cellula. C'è anche molto che i ricercatori non sanno sul glucosio, come il modo esatto in cui i cambiamenti nel metabolismo del glucosio contribuiscono alle complicazioni nelle malattie, come il danno ai nervi che accompagna il diabete.

Inoltre, il lavoro mostra che la cellula si protegge dai danni innescando la disintossicazione tramite il metabolismo del glucosio, ma spingere troppo oltre questo segnale, come può accadere in malattie come il diabete, potrebbe portare a danni che superano la capacità della squadra di pulizia. "Per molte malattie che coinvolgono il metabolismo del glucosio, è intrigante chiedersi ora se questo percorso è coinvolto, " ha detto Moellering.

Ad un altro livello, questa scoperta sembra stabilire una nuova categoria di come le proteine ​​sono controllate nel corpo. Nella loro ricerca per capire cosa succede ogni giorno nelle cellule umane, gli scienziati conoscono due modi principali in cui le proteine ​​possono svolgere i propri affari. Un modo è che gli enzimi mettano segni chimici sulle proteine, spegnendoli e accendendoli. L'altro modo è che le molecole fluttuanti nella cellula interagiscano in modo reversibile con le proteine ​​per controllarne le funzioni. Questo studio sembra stabilire una terza via, che è un ibrido dei due, in cui queste molecole fluttuanti formano direttamente segni chimici sulle proteine ​​con cui interagiscono, provocando effetti specifici e di più lunga durata. "Trovare questo tipo di regolazione con KEAP1 suggerisce che è un modo diffuso per controllare la funzione delle proteine, " ha detto Moellering.

La scoperta suggerisce nuove possibilità terapeutiche. Le aziende farmaceutiche sono molto interessate a come attivare e disattivare KEAP1, perché è la chiave di tanti disturbi. I precedenti tentativi incentrati sul targeting di KEAP1 stesso hanno incontrato difficoltà negli studi clinici; questa nuova comprensione di come il metabolismo si integra nel percorso può suggerire un nuovo meccanismo per ottenere lo stesso effetto, ha detto Moellering.