Di recente è diventato chiaro quanto siano importanti gli organelli privi di membrana per le cellule. Ora i biochimici dell'ETH di Zurigo hanno scoperto un nuovo meccanismo che regola la formazione di questi organelli. Questo ha gettato le basi per una ricerca più mirata su malattie come l'Alzheimer o la SLA.

Per molto tempo, si pensava che il contenuto delle cellule fosse abbastanza destrutturato e caotico:una miscela di proteine, DNA e una moltitudine di piccole molecole metaboliche. Sebbene fosse noto che importanti processi cellulari nelle piante e negli animali hanno luogo negli organelli (strutture più grandi racchiuse da una membrana, come il nucleo o i mitocondri), è solo negli ultimi anni che gli scienziati hanno scoperto che esiste un altro tipo di struttura che gioca un ruolo fondamentale nell'organizzazione dei processi cellulari:gli organelli senza membrana. Queste minuscole goccioline si formano in un processo auto-organizzato che ricorda la separazione delle goccioline di olio nell'acqua.

Oggi, ci sono molte prove che suggeriscono che questi compartimenti sono di notevole importanza per la medicina:possono essere coinvolti nello sviluppo di circa 40 malattie neurodegenerative, compreso l'Alzheimer, La malattia di Huntington e la sclerosi laterale amiotrofica (SLA), tutte attualmente incurabili.

"I ricercatori stanno scoprendo un numero crescente di processi biologici che avvengono in questi organelli, separato dal resto del contenuto della cella, "dice Karsten Weis, Professore di Biochimica all'ETH di Zurigo. Ora, insieme alla sua squadra, ha studiato il principio alla base della formazione di organelli privi di membrana e come questo processo è regolato.

Proteine ​​che si uniscono

Per questo, i biochimici dell'ETH hanno analizzato una famiglia specifica di proteine ​​note come ATPasi DEAD-box. In tutti i tipi di organismi:batteri, piante e animali:queste proteine ​​agiscono come una sorta di interruttore molecolare:una volta che si sono legate alla molecola di accumulo di energia adenosina trifosfato (ATP), si legano e trasportano anche l'RNA, il modello copiato dal DNA per la produzione di proteine.

In ogni organismo, alcune di queste ATPasi DEAD-box contengono "braccia" flessibili costituiti solo da un piccolo sottoinsieme del totale di 20 amminoacidi. "Questa caratteristica sorprendente indica una funzione speciale, " dice Weis. Per cominciare, lui e il suo team hanno studiato le ATPasi del lievito. Hanno modificato i bracci flessibili utilizzando metodi di ingegneria genetica e poi hanno analizzato le proteine ​​sia nella provetta che nelle cellule di lievito vive. Facendo così, si sono resi conto che sono proprio queste braccia flessibili che sono responsabili della formazione e della regolazione degli organelli senza membrana.

"Le aree flessibili sono facilmente solubili nell'ambiente acquoso all'interno di una cellula, " spiega Weis. "Tuttavia, una volta che un gran numero di molecole di ATPasi si uniscono, queste parti flessibili fanno sì che le proteine ​​si leghino l'una all'altra." Le ATPasi si condensano in grandi ammassi, portando a una separazione di fase simile a quella dell'olio in acqua e si formano organelli cellulari senza membrana. Ulteriori esperimenti con ATPasi DEAD-box da cellule umane e batteriche hanno indicato ai ricercatori che questo processo funziona in modo molto simile in tutti i tipi di organismi.

Gli organelli creano ordine

Inoltre, le ATPasi non solo assicurano la formazione auto-organizzata di organelli, ma usano anche il legame dell'RNA dipendente dall'ATP per regolare il trasporto di molecole e proteine ​​di RNA in queste strutture, dove vengono raccolte le molecole di RNA. Weis e i suoi colleghi ritengono possibile che vengano elaborati o scomposti all'interno delle strutture, o semplicemente memorizzato lì per un po'.

Nelle cellule viventi, i ricercatori dell'ETH hanno persino osservato come l'RNA viene trasportato attraverso diversi organelli senza membrana. "Questo suggerisce che l'ulteriore elaborazione delle molecole di RNA avviene passo dopo passo in diversi organelli, " dice Weis. Un organello è responsabile di un primo passo nel processo, l'altro organello per il prossimo, e così via, come lavorare su una linea di produzione.

Ricerche più mirate in futuro

Però, organelli senza membrana sono suscettibili di fallimento. Col tempo, possono trasformarsi in defunti, aggregati appiccicosi, in grumi che non sono più fluidi. "Sono questo tipo di aggregati permanenti nelle cellule che causano malattie neurodegenerative, ", afferma Weis. I risultati del suo gruppo di ricerca ora suggeriscono che le ATPasi DEAD-box aiutano a mantenere gli organelli in uno stato fluido, prevenendo così la formazione di aggregati pericolosi.

Ora che i biochimici hanno capito come vengono regolati tali organelli privi di membrana, sono in grado di studiare il fenomeno in modo più mirato. Per esempio, attivando e disattivando l'attività delle ATPasi e possono osservare come questa influenza gli organelli e le cellule. In questo modo, i ricercatori dell'ETH alla fine vogliono scoprire quale ruolo giocano i compartimenti privi di membrana nello sviluppo della malattia.