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Lento, lento, veloce, veloce, lento: ecco il ritmo di accumulo delle proteine nel cervello di Alzheimer
Il fondamento della vita è la capacità delle molecole biologiche, come il nostro DNA, di auto-replicarsi, in un processo che di solito coinvolge un macchinario cellulare complesso.
Tuttavia, alcune strutture di proteine riescono a replicarsi senza alcuna ulteriore assistenza, come ad esempio le piccole fibrille, fibre proteiche origine di malattie, coinvolte nelle neurodegenerazioni come l'Alzheimer e il Parkinson.
Queste fibrille, chiamate amiloidi, si intrecciano e si aggrovigliano tra loro, creando le cosiddette "placche" che si trovano nel cervello dei malati di Alzheimer. La formazione spontanea delle prime fibrille amiloidi è molto lenta, e di solito richiede diversi decenni, il che potrebbe spiegare il motivo per cui l'Alzheimer è di solito una malattia che colpisce le persone nella vecchiaia.
Tuttavia, una volta che le prime fibrille si sono formate, iniziano a replicarsi e a diffondersi molto più rapidamente da sole, rendendo la malattia estremamente difficile da controllare. Nonostante la sua importanza, non è chiaro il meccanismo fondamentale di auto-replicazione delle fibrille proteiche, in mancanza di macchinari aggiuntivi.
In uno studio pubblicato ieri sulla rivista Nature Physics, un team guidato da ricercatori del Dipartimento di Chimica dell'Università di Cambridge ha usato una potente combinazione di simulazioni al computer e di esperimenti di laboratorio per identificare i requisiti necessari per l'auto-replicazione delle fibrille proteiche.
I ricercatori hanno scoperto che il processo apparentemente complicato di auto-replicazione delle fibrille è in realtà governato da un semplice meccanismo fisico: l'accumulo di proteine sane sulla superficie delle fibrille esistenti.
I ricercatori hanno usato la molecola amiloide-beta, il componente principale delle placche amiloidi presenti nel cervello dei malati di Alzheimer. Hanno trovato una relazione tra la quantità di proteine sane che si depositano sulle fibrille esistenti, e il tasso di auto-replicazione fibrillare. In altre parole, maggiore è l'accumulo di proteine sulla fibrilla, più velocemente si auto-replicano.
Hanno anche dimostrato, come prova di principio, che cambiando il modo in cui le proteine sane interagiscono con la superficie delle fibrille, è possibile controllare la replicazione autonoma delle fibrille.
La Dott.ssa Anđela Šarić, prima autrice dello studio, dice: "Uno dei misteri della formazione della placca amiloide è come, dopo una lunga e lenta formazione, esse accelerano nella progressione. Abbiamo identificato i fattori che in effetti inducono il sistema a catalizzare la propria attività, diventando un processo di instabilità. Ma questa scoperta suggerisce che, se fossimo in grado di controllare l'accumulo di proteine sane sulle fibrille, potremmo limitare l'aggregazione e la diffusione delle placche".
La Dott.ssa Šarić sostiene inoltre che i risultati potrebbero essere di grande interesse nel campo delle nanotecnologie. "Uno degli obiettivi delle nanotecnologie è l'efficienza dell'auto-replicazione nella produzione di nanomateriali. Questo è esattamente ciò che, secondo quanto abbiamo osservato, accade con queste fibrille; capendo le regole di progettazione da questo processo, potremmo raggiungere quell'obiettivo".
Fonte: University of Cambridge (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Saric, A et al. Physical determinants of the self-replication of protein fibrils. Nature Physics, 2016 DOI: 10.1038/NPHYS3828
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