Il movimento segnala la vita, e da nessuna parte questo è più vero che all'interno di una cellula vivente. I milioni di proteine ​​e molecole all'interno di ciascuna delle nostre cellule si piegano, viaggiare e conformarsi secondo uno schema complesso ma orchestrato, regolato dai geni che codificano cosa va dove e quando. Come parte di quel modello, un'importante classe di proteine ​​chiamate dineina trasporta e trasporta vari carichi cellulari tra le diverse aree della cellula.

Il ricercatore di biochimica della Colorado State University Steven Markus è particolarmente incuriosito da questi grandi, proteine ​​motorie intracellulari che si muovono metodicamente lungo una rete di tracce filamentose chiamate microtubuli.

Quanto è importante la dineina? Se dynein dovesse scomparire, non vivremmo oltre alcune divisioni cellulari mitotiche. E molte malattie neurologiche, compreso uno chiamato lissencefalia, sono legati a difetti nella funzione dineina. L'obiettivo di molti laboratori, compreso Markus', è capire perché.

Il suo team di ricerca ha compiuto un salto in questa comprensione svelando, in intricati dettagli, il meccanismo con cui una particolare molecola influenza la funzione della dineina. Sebbene fosse noto da tempo che il gene della lissencefalia-1, o Lis1, influenza l'attività della dineina, i dettagli non erano chiari. Markus e il suo team hanno rivelato esattamente come Lis1 attiva il dynein impedendo alla capacità del dynein di spegnersi, stabilizzandolo in un "aperto, "conformazione disinibita.

La nuova scoperta contrasta con le opinioni precedentemente accettate secondo cui Lis1 agiva come inibitore della dineina. Secondo il nuovo studio del laboratorio Markus, pubblicato il 27 aprile in Biologia cellulare naturale , è vero l'esatto contrario:Lis1 attiva la dineina, lavorando per incunearsi in modo tale da impedire alla proteina motoria di ripiegarsi in uno stato "spento", inibendo la sua capacità di auto-inibirsi, spiegano i ricercatori.

Comprensione delle basi molecolari della malattia

Una persona con lissencefalia, o "cervello liscio, " soffre di convulsioni e funzione motoria limitata e raramente vive oltre i pochi anni di età. Questa malattia devastante è associata a una mutazione in Lis1, un gene che codifica per un regolatore critico della dineina.

"Mi interessano le basi molecolari di queste malattie, " ha detto Marco, ricercatore presso il Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare. "Non ci saranno interventi terapeutici senza capire come funzionano queste molecole". Oltre a questo, Markus dice, "i motori molecolari sono divertenti, perché possiamo purificare questi motori e guardarli camminare sui microtubuli in tempo reale usando la microscopia a fluorescenza", che è esattamente ciò che il team ha fatto per il loro studio.

Per condurre i loro esperimenti, i ricercatori hanno impiegato cellule di lievito in erba come sistema modello. A differenza delle cellule umane in cui la dineina svolge numerose attività, la dineina svolge solo una singola funzione in queste cellule. Le loro scoperte con questo sistema semplificato possono tradursi in cellule eucariotiche umane e altre superiori, in cui la funzione di base della dineina è preservata durante milioni di anni di evoluzione.

I ricercatori hanno impiegato diverse tecniche per trarre le loro conclusioni. Il più importante era l'imaging di singole molecole in tempo reale. Utilizzando una tecnica ad alto rendimento sviluppata in laboratorio, la squadra ha purificato la dineina, aggiunto una molecola fluorescente, e camere di imaging al microscopio assemblate con microtubuli purificati per guardare la dineina "scorrere, " ha detto Markus. Questa tecnica ha permesso loro di stabilire il ruolo della conformazione auto-inibita nella motilità della dineina.

Hanno anche usato la microscopia elettronica per scattare foto ad altissima risoluzione per determinare se le molecole di dineina avessero effettivamente adottato una conformazione auto-inibita, che non era chiaro quando hanno iniziato il loro studio. "Il primo giorno alla struttura di microscopia elettronica, siamo rimasti molto sorpresi nel vedere che le molecole di dineina erano inequivocabilmente in una conformazione auto-inibita, " Markus ha detto. "Aveva quella forma molto distinta."

L'autore principale dello studio era l'ex studente laureato Matthew Marzo (ora ricercatore post-dottorato presso la Columbia University), che ha progettato e condotto gli esperimenti, con l'assistenza della co-autrice e allora studentessa universitaria Jacqueline Griswold (ora studentessa di dottorato e ricercatrice laureata NSF presso la Johns Hopkins School of Medicine).

Markus prevede di condurre altri esperimenti, utilizzando le stesse cellule di lievito, per sondare ulteriormente il ruolo di Lis1 in quello che lui e colleghi pensano sia un percorso a più fasi che attiva la dineina. Spera anche di lavorare con i neuroscienziati della CSU per determinare se il meccanismo di attivazione di Lis1 funziona in modo simile nei neuroni. Là, l'obiettivo sarà quello di fornire ulteriori conoscenze su come le malattie del cervello come la lissencefalia si manifestano a livello molecolare.

Lo studio è intitolato:"Pac1/LIS1 stabilizza una conformazione non inibita della dineina per coordinarne la localizzazione e l'attività".