Ricerche

Il perfetto standard per la nanotecnologia è nella natura stessa delle proteine. Queste nanomacchine biomolecolari (macromolecole forgiate da catene peptidiche di amminoacidi) sono in grado di piegare se stesse in una moltitudine abbagliante di strutture e forme che consentono loro di svolgere una moltitudine altrettanto abbagliante di funzioni fondamentali per la vita.

Il "misfolding" [errata ripiegatura delle proteine] è stato collegato a molte malattie, tra cui l'Alzheimer, il Parkinson e alcune forme di cancro.

Ma, pur essendo il processo di ripiegamento delle proteine così importante per quasi tutti i sistemi biologici, i suoi meccanismi sono rimasti finora misteriosi. La nebbia, tuttavia, sta per svanire.Un team di ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del US Department of Energy (DOE), utilizzando i fasci di raggi X eccezionalmente luminosi e potenti della Advanced Light Source, hanno determinato la struttura cristallina di un elemento critico di controllo nella chaperonina, il complesso di proteina responsabile del corretto ripiegamento di altre proteine.

"Abbiamo identificato, per la prima volta, una regione all'interno delle chaperonine di gruppo II, che noi chiamiamo ciclo "nucleotide-sensing" [=rilevazione dal nucleotide], che rileva la presenza delle molecole di ATP che alimentano il movimento di piegatura della chaperonina", dice Paul Adams, bioingegnere della divisione di bioscenze fisiche del Berkeley Lab e una autorità in materia di cristallografia a raggi x, che ha guidato questo lavoro. " Sapevamo che l'idrolisi dell'ATP è importante per la promozione della ripiegatura delle proteine, ma non sapevamo come fosse rilevata e comunicata l'attività dell'ATP".

I ricercatori del Berkeley Lab presso l'Advanced Light Source hanno scoperto un ciclo rilevato dal nucleotide, che sincronizza le modifiche conformazionali nei tre settori della chaperonina di gruppo II per la piegatura corretta di altre proteine. (Immagine gentilmente concessa da DOE / Lawrence Berkeley National Laboratory)

Adams è l'autore corrispondente di un documento in The EMBO Journal che descrive questo studio, condotto in collaborazione con colleghi del MIT e della Stanford, intitolato "Meccanismo di rilevamento dei nucleotidi nel chaperonine di gruppo II". Co-autori sono Jose Pereira, Corie Ralston, Nicholai Douglas, Ramya Kumar, Tom Lopez, Ryan McAndrew, Kelly Knee, Jonathan King e Judith Frydman.

Le chaperonine promuovono il corretto ripiegamento delle proteine appena tradotte e delle proteine che sono state denaturate dallo stress (=hanno perso la loro struttura), incapsulandole all'interno di una camera protettiva formata da due anelli di complessi molecolari impilati in sequenza. Ci sono due classi di chaperonine; il gruppo I che si trova nei procarioti e il gruppo II che si trova negli eucarioti. Gran parte dell'architettura di base è stata evolutivamente conservata tra queste due classi, ma si differenziano in quanto la camera di protezione è aperta per accettare proteine e chiusa per ripiegarle. Mentre le chaperonine di gruppo I richiedono un coperchio molecolare staccabile a forma di anello per aprire e chiudere la camera, le chaperonine di gruppo II hanno un coperchio incluso.

"Abbiamo ottenuto strutture cristalline con una risoluzione sufficiente per consentire di esaminare, nel dettaglio, gli effetti che hanno i cambiamenti negli stati dei nucleotidi sul legame e sull'idrolisi dell'ATP nel chaperonine di gruppo II", dice Adams. "Da queste strutture vediamo che il ciclo di rilevamento del nucleotide controlla le modifiche dei siti di legame dell'ATP e comunica queste informazioni a tutta la chaperonina. L'analisi funzionale suggerisce inoltre che la regione del ciclo di rilevamento del nucleotide utilizza queste informazioni per controllare il tasso di legame e di idrolisi dell'ATP, che a sua volta controlla la temporizzazione della reazione di ripiegamento della proteina". [...]

Individuando il ciclo di rilevazione del nucleotide e il suo ruolo di controllo nel ripiegamento della proteina chaperonina di gruppo II, Adams e i suoi colleghi possono aver aperto una nuova strada per progettare modifiche alle attività di ripiegamento delle proteine. "Il forte legame tra le proteine ripiegate in modo errato e gli stati patologici è ben documentato", dice Adams. "Poiché l'idrolisi dell'ATP è richiesta per il ripiegamento delle proteine, potrebbe essere possibile progettare un circuito di rilevamento nucleotide che promuove l'attività di ripiegamento della proteina più lenta o più veloce in una determinata chaperonina. Ciò potrebbe, per esempio, essere usato per aumentare l'attività di ripiegamento delle proteine umane chaperonine, o forse ridurre l'accumulo cellulare di proteine mal ripiegate che possono causare malattie e altri problemi".

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Fonte: Materiale del DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory.

Riferimento: Jose H Pereira, Corie Y Ralston, Nicholai R Douglas, Ramya Kumar, Tom Lopez, Ryan P McAndrew, Kelly M Knee, Jonathan A King, Judith Frydman, Paul D Adams. Mechanism of nucleotide sensing in group II chaperonins . The EMBO Journal , 2011; 31 (3): 731 DOI: 10.1038/emboj.2011.468.

Pubblicato in ScienceDaily il 24 febbraio 2012 - Traduzione di Franco Pellizzari.

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