Le macchie verdi sono grumi di proteine all'interno delle cellule di lievito che sono carenti sia di zinco che di una proteina che impedisce la formazione di grumi. La ricerca da Colin MacDiarmid e David Eide ha esaminato come la carenza di zinco contribuisce alle malattia. (Credit: Colin MacDiarmid e David Eide / Journal of Biological Chemistry)Gli scienziati della University of Wisconsin-Madison hanno fatto una scoperta che, se replicata negli esseri umani, implica che una carenza di zinco può contribuire a malattie come l'Alzheimer e il Parkinson, da tempo collegate all'aggregazione di proteine difettose nel cervello.

Nelle proteine, la forma è tutto. La forma corretta permette ad alcune proteine di trasportare atomi o molecole su una cellula, ad altre di dare un supporto cellulare essenziale o di identificare i batteri invasori da attaccare. Quando le proteine perdono la loro forma a causa di alte temperature o di danni chimici, smettono di funzionare e si incollano tra loro, una caratteristica di Parkinson e Alzheimer.

I ricercatori della UW hanno scoperto un altro stress che riduce la stabilità delle proteine e ne provoca l'aggregazione: una carenza di zinco, un metallo nutriente essenziale. Gli ioni di zinco hanno un ruolo chiave nel creare e mantenere le proteine nella forma corretta. In uno studio appena pubblicato sul Journal of Biological Chemistry on line, Colin MacDiarmid e David Eide dimostrano che il gene Tsa1 crea delle "proteine chaperone" [=cicerone] che impediscono l'aggregazione delle proteine nelle cellule con carenza di zinco. Tenendo le proteine in soluzione, il Tsa1 previene i danni che possono altrimenti portare alla morte cellulare.

Per semplicità, i ricercatori hanno studiato il sistema nel lievito, un fungo unicellulare. Il lievito può adattarsi sia alle carenze che agli eccessi di zinco, dice MacDiarmid, uno scienziato associato. "Lo zinco è un nutriente essenziale, ma se è troppo, è tossico. Il problema per la cellula è trovare abbastanza zinco per crescere e supportare tutte le sue funzioni, ma allo stesso tempo non accumularne tanto da ucciderla".

Le cellule con basso contenuto di zinco, inoltre, producono proteine che contrastano lo stress conseguente, tra cui una chiamata Tsa1. I ricercatori sapevano già che la Tsa1 potrebbe ridurre il livello di ossidanti nocivi nelle cellule a corto di zinco. La Tsa1, dice MacDiarmid, "è in realtà una proteina con due funzioni. Si può sbarazzare delle pericolose specie reattive dell'ossigeno che danneggiano le proteine, ma ha anche la funzione di chaperone, totalmente distinta, che protegge le proteine dall'aggregazione. Abbiamo scoperto che la funzione di chaperone è la più importante delle due".

"Nel lievito, se una cella è carente di zinco, le proteine possono mis-fold [=piegarsi erroneamente], e la Tsa1 è necessaria per mantenere le proteine intatte in modo che possano funzionare", dice Eide, professore di scienza della nutrizione. "Se non abbiamo lo zinco, e non abbiamo Tsa1, le proteine si legano insieme in grandi aggregazioni che sono tossiche in sé stesse, o tossiche perché le proteine non stanno facendo quello che dovrebbero fare. In entrambi i casi, si finisce per uccidere la cellula".

Anche se rimangono da chiarire le implicazioni mediche, ci sono evidenti analogie tra il lievito e le cellule umane. "Lo zinco è necessario per tutte le cellule, in tutti gli organismi, non solo per i tetti in acciaio, i chiodi e i cestini della spazzatura", dice Eide. "La portata globale della carenza di zinco è dibattuta, ma le diete ad alto contenuto di cereali integrali e povere di carne potrebbero portare a tale carenza".

Se una bassa fornitura di zinco avesse lo stesso effetto sulle cellule umane come nel lievito, la carenza di zinco può contribuire a malattie umane associate all'accumulo di proteine "spazzatura", come il Parkinson e l'Alzheimer. Eide dice che anche negli animali esiste un sistema di protezione simile alla Tsa1, e il gruppo di ricerca prevede di andare avanti studiando tale sistema nelle colture cellulari umane.

 

 

 

 

 

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Fonte: University of Wisconsin-Madison.

Riferimenti: C. W. MacDiarmid, J. Taggart, K. Kerdsomboon, M. Kubisiak, S. Panascharoen, K. Schelble, D. J. Eide. Peroxiredoxin chaperone activity is critical for protein homeostasis in zinc-deficient yeast. Journal of Biological Chemistry, 2013; DOI: 10.1074/jbc.M113.512384

Pubblicato in Science Daily (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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