Quando le proteine ​​entrano nel proteasoma, sono tagliate in pezzetti per essere riutilizzate (Fonte: Office of Biological and Environmental Research of the U.S. Department of Energy Office of Science) .Mentre in tutto il mondo si stava festeggiando la Giornata della Terra (ieri, 22 aprile), con attività che proteggono il pianeta, le nostre cellule sono impegnate a salvaguardare il loro ambiente.

Per tenersi pulite, ordinate e soprattutto sane, le cellule si basano su vari sistemi di riciclaggio e di rimozione dei rifiuti. Se non fosse per questi sistemi, le cellule potrebbero sembrare un deposito di spazzatura microscopico e, peggio, potrebbero non funzionare correttamente. Degli scienziati finanziati dal National Institutes of Health stanno lavorando per capire i servizi di pulizia delle cellule e trovare il modo di combattere i malfunzionamenti.

Tritatutto e impianto di riciclaggio

Uno dei gestori della spazzatura della cellula è chiamato proteasoma, che rompe le proteine, i mattoni e le mini-macchinari che compongono molte delle parti della cellula. Il proteasoma, a forma di botte, smonta le proteine danneggiate o indesiderate, rompendole in pezzetti che la cellula può riutilizzare per produrre nuove proteine. In questo modo, il proteasoma è allo stesso tempo un impianto di riciclaggio e un tritarifiuti.

Come fa la cellula a sapere quali proteine tenere e quali cestinare? Il Premio Nobel 2004 per la chimica è andato a tre scienziati che hanno risposto a questa domanda: essi hanno scoperto che la cellula marca i suoi rifiuti con una minuscola proteina-etichetta chiamata ubiquitina. Una volta che una proteina ha l'etichetta ubiquitina, il proteasoma può afferrarla, tirarla all'interno della botte, scomporla e rilasciarne i pezzi.

Dato che le malattie come l'Alzheimer comportano un eccesso di accumulo di proteine, i ricercatori stanno cercando di sviluppare farmaci per aiutare il proteasoma. Essi sperano che un simile trattamento possa mantenere pulite e sane le cellule cerebrali.

Gli scienziati sono interessati anche a progettare farmaci che spengono il proteosoma. Le cellule tumorali, per esempio, producono molte proteine ​​anomale che il proteasoma deve rimuovere. Una medicina che blocca il proteasoma potrebbe impedire alle cellule tumorali di riciclare la propria immondizia, lasciandole senza risorse riutilizzabili per la sopravvivenza e la crescita. Questo è l'approccio che sta dietro il farmaco inibitore del proteasoma bortezomib, che viene usato per il cancro del sangue chiamato mieloma multiplo.

Stomaco cellulare

Le proteine non sono l'unico tipo di rifiuti cellulari. Le cellule devono anche riciclare dei compartimenti chiamati organelli quando diventano vecchi e logori. Per questo compito, si basano su un organello chiamato lisosoma, che funziona come uno stomaco cellulare. Contenendo acido e diversi tipi di enzimi digestivi, i lisosomi digeriscono gli organelli indesiderati in un processo chiamato autofagia, dalle parole greche «mangiare» «da sole». Il lisosoma multiuso elabora anche le proteine, i batteri e altri «cibi» inghiottiti dalla cellula.

L'incapacità di produrre uno degli enzimi lisosomiali può portare ad una delle rare malattie pericolose per la vita chiamate «malattie da accumulo lisosomiale». Ci sono più di 40 differenti malattie da accumulo lisosomiale, a seconda del tipo di rifiuti che non sono trasformati. Queste malattie possono interessare molti organi, compreso il cervello, il cuore e le ossa.

I lisosomi divorano anche i virus, un'attività importante per combattere le infezioni. Un farmaco che attiva i lisosomi protegge i topi da malattie come il virus del Nilo occidentale. E' possibile che farmaci identici o simili possano curare malattie in cui si ammucchia la spazzatura cellulare, tra cui l'Alzheimer e le altre malattie dell'invecchiamento.

Demolire i mucchi

Anche se le cellule usano principalmente i proteasomi e i lisosomi, esse hanno alcune altre opzioni per lo smaltimento dei rifiuti. A volte semplicemente indugiano sulla loro spazzatura, facendo l'equivalente cellulare di metterla sotto il tappeto. Gli scienziati propongono che la cellula può accumulare insieme tutte le proteine ​​indesiderate in una bolla chiamata «aggregato» per impedire loro di guastare il macchinario cellulare normale.

Ad esempio, una proteina chiamata «isolotto polipeptide amiloide» si accumula in aggregati nel pancreas delle persone con diabete di tipo 2. Altre proteine formano aggregati in alcune malattie cerebrali. Gli scienziati stanno ancora cercando di capire che cosa fanno questi mucchi di spazzatura e se sono utili o dannosi.

Se l'immondizia non può essere digerita dai lisosomi, la cellula a volte può sputarla fuori con un processo chiamato «esocitosi». Una volta all'esterno della cellula, la spazzatura può incontrare enzimi che possono metterla da parte, o può semplicemente formare un mucchio di spazzatura chiamato placca. Purtroppo, queste placche fuori della cellula possono essere anche molto dannose.

La cellula ha anche dei modi per buttare fuori alcuni veleni che entrano. Ciò significa che le cellule tumorali possono pompare fuori dei farmaci antitumorali che credono vogliano distruggerle, e i batteri possono fare lo stesso con gli antibiotici. Gli scienziati stanno studiando come funzionano queste pompe, cercando i modi per tenere le medicine all'interno dove possono fare il loro lavoro.

Ulteriori studi dei tanti modi con cui le cellule portano fuori la spazzatura potrebbero portare a nuovi approcci per mantenerle sane e prevenire o curare le malattia.

Fonte:  NIH, National Institute of General Medical Sciences (NIGMS)  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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