I ROS, come il superossido e il perossido di idrogeno, sono prodotti come sottoprodotti naturali del metabolismo cellulare e quando le cellule sono esposte a fattori di stress esterni come radiazioni e tossine. Sebbene i ROS svolgano un ruolo nella segnalazione cellulare e nell’immunità, livelli eccessivi possono causare stress ossidativo e danneggiare proteine, lipidi e DNA, portando alla morte cellulare e a varie malattie.
Uno dei principali meccanismi di difesa contro il danno ossidativo coinvolge enzimi antiossidanti come la superossido dismutasi (SOD). In particolare, la manganese superossido dismutasi (MnSOD), localizzata nella matrice mitocondriale, è un enzima critico che catalizza la conversione del radicale superossido in perossido di idrogeno e ossigeno.
Nonostante l’importanza della MnSOD nella protezione delle cellule dal danno ossidativo, il meccanismo molecolare dettagliato mediante il quale svolge questa funzione rimaneva poco chiaro. Per scoprire questi segreti, un team internazionale di scienziati guidato da ricercatori del RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) e dell’Istituto di biologia molecolare e genetica (IMBG) ha deciso di determinare la struttura del MnSOD umano.
Utilizzando tecniche di microscopia crioelettronica all'avanguardia, i ricercatori sono riusciti a visualizzare la struttura del MnSOD umano con una risoluzione di 2,8 Å. Questa struttura ad alta risoluzione ha rivelato la disposizione precisa degli atomi della proteina e ha fornito una comprensione dettagliata della sua architettura molecolare.
I ricercatori hanno scoperto che la MnSOD umana forma una struttura omotetramerica, con quattro subunità identiche disposte in una forma tetraedrica. Questa organizzazione crea un sito attivo all'interfaccia di ciascuna coppia di subunità, dove avviene la reazione di conversione del superossido.
Inoltre, la struttura ha rivelato una regione ad anello flessibile vicino al sito attivo che subisce cambiamenti conformazionali in seguito al legame con il substrato. Questo cambiamento conformazionale consente alla proteina di catturare in modo efficiente le molecole di superossido e di catalizzare la loro conversione, migliorando la sua funzione protettiva contro lo stress ossidativo.
I risultati di questo studio forniscono importanti informazioni sul meccanismo molecolare della MnSOD nella salvaguardia delle cellule dal danno ossidativo. La comprensione di questi dettagli strutturali e meccanicistici potrebbe aprire la strada allo sviluppo di nuove strategie terapeutiche per migliorare la resistenza cellulare allo stress ossidativo e combattere le malattie legate allo stress ossidativo.
Lo studio, intitolato “La struttura Cryo-EM della superossido dismutasi di manganese umana rivela il meccanismo molecolare della conversione del superossido”, è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications.
