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Le piante sanno come correggere i difetti delle proteine coinvolti nell'Alzheimer
I cloroplasti contenenti aggregati di proteine mal ripiegate inviano un segnale di SOS al nucleo cellulare, dove viene acceso un interruttore molecolare che attiva il chaperone. (Autore: Ernesto Llamas)
Diverse malattie del sistema nervoso umano, come la sclerosi laterale amiotrofica, l'Alzheimer, l'Huntington e il Parkinson, sono associate allo stesso disturbo di base: la perdita di capacità delle cellule nervose di piegare correttamente le proprie proteine, con la conseguente aggregazione delle proteine che formano dei 'grumi' che finiscono per generare la morte cellulare.
Le piante, come gli animali, usano le proteine per svolgere le funzioni cellulari che le mantengono in vita. La composizione proteica è determinata dalle informazioni presenti nel DNA cellulare, ma per esercitare la loro funzione biologica le proteine devono anche essere ripiegate in una specifica configurazione tridimensionale.
Se una proteina non si piega correttamente, non sarà in grado di soddisfare la sua funzione. Le situazioni di stress, come un improvviso aumento della temperatura, causano falsi passi nel processo di piegatura, producendo così proteine mal ripiegate che devono essere rimosse o riparate, altrimenti potrebbero raggrupparsi e formare aggregati tossici.
I cloroplasti sono i compartimenti delle cellule vegetali in cui avviene la fotosintesi. Inoltre, sono responsabili della produzione di molte sostanze nutritive che consentono la crescita delle piante e degli animali che le ingeriscono. Una parte importante di questo lavoro è svolta dalle proteine, alcune delle quali sono molto inclini a mal piegarsi e ad aggregarsi, perdendo così la loro funzione.
Un gruppo di scienziati guidati da Manuel Rodríguez-Concepción, ricercatore del Centro per la Ricerca in Genomica Agraria (CRAG) di Barcellona, ha dimostrato che, in condizioni normali, i cloroplasti si sbarazzano di queste proteine difettose degradandole, attraverso un macchinario molecolare chiamato 'proteasi Clp'. Tuttavia, quando l'accumulo di proteine aggregate supera la capacità della proteasi Clp di rimuoverle, i cloroplasti generano un segnale di pericolo che viaggia verso il nucleo della cellula per attivare la produzione di proteine di riparazione, dette chaperoni (ciceroni, guide).
I chaperoni, a loro volta, vengono trasportati nei cloroplasti per disfare i grumi di proteine e schiudere le proteine disaggregate, favorendo una nuova piegatura corretta e recuperandone così la funzione in poche ore. Questi meccanismi molecolari sono simili a quelli che agiscono nelle nostre cellule nervose quando sono prodotte proteine mal ripiegate nei mitocondri.
La ricerca, condotta con il modello di pianta Arabidopsis thaliana e pubblicata dalla rivista PLOS Genetics, ha scoperto un gene chiave (HsfA2), che attiva la sintesi del chaperone e quindi salva la cellula dagli effetti tossici prodotti dall'accumulo di proteine mal ripiegate. "Il percorso di segnalazione dai cloroplasti al nucleo si snoda su un interruttore molecolare chiamato HsfA2. Questo gene chiave viene attivato anche quando un colpo di calore causa problemi di piegatura alle proteine in altri comparti cellulari", spiega Ernesto Llamas, il primo autore del lavoro.
Secondo Pablo Pulido, terzo componente del team che ha condotto questa ricerca, "sapere come le piante rispondono alla sfida di perdere struttura e funzione originaria di alcune delle loro proteine, diventando potenzialmente pericolose, è essenziale per un miglior adattamento delle colture a condizioni ambientali avverse". Questa sfida è particolarmente rilevante nel contesto attuale del cambiamento climatico.
La ricerca condotta al CRAG può anche aiutare a comprendere meglio come iniziano, si diffondono e si aggravano le malattie del sistema nervoso con proteine mal ripiegate. "La ricerca di base, vale a dire la ricerca che tratta i processi che guidano il funzionamento fondamentale degli esseri viventi, costituisce le fondamenta su cui si basa la ricerca applicata", afferma Rodríguez-Concepción.
In questo senso, il risultato della loro ricerca con le piante potrebbe essere trasferito a nuovi metodi universali per correggere l'errata piegatura delle proteine e quindi influenzare la ricerca di soluzioni alle malattie degenerative che a oggi sono incurabili.
Fonte: Centre for Research in Agricultural Genomics (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Llamas E, Pulido P, Rodriguez-Concepcion M (2017) Interference with plastome gene expression and Clp protease activity in Arabidopsis triggers a chloroplast unfolded protein response to restore protein homeostasis. PLOS Genetics 13(9): e1007022. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1007022
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