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Un 'ascensore attorcigliato' potrebbe essere la chiave per capire le malattie neurologiche
Simulazione al computer del trasportatore del glutammato nelle nostre cellule, creata con immagini di microscopia elettronica criogenica. Fonte: Shashank Pant
Un team internazionale guidato dall'Università di Sydney ha rivelato, con uno studio pubblicato su Nature, la forma di una dei più importanti macchinari molecolari delle nostre cellule, il trasportatore del glutammato, contribuendo a spiegare come comunicano tra loro le nostre cellule cerebrali.
I trasportatori del glutammato sono minuscole proteine sulla superficie di tutte le nostre cellule, che aprono e chiudono i segnali chimici che hanno un grande ruolo nel garantire che le comunicazioni da una cellula all'altra avvengano in sicurezza. Sono anche coinvolti nella segnalazione dei nervi, nel metabolismo, nell'apprendimento e nella memoria.
I ricercatori hanno visualizzato i trasportatori con un dettaglio mirabile, usando la microscopia elettronica criogenica (cryo-EM), mostrando che assomigliano a un 'ascensore attorcigliato' incorporato nella membrana cellulare. Questa scoperta apre, per la prima volta al mondo, un intero nuovo campo di possibilità per studiare se i difetti nei trasportatori potrebbero essere la ragione di malattie neurologiche come l'Alzheimer.
"La prima volta che ho visto l'immagine è stato incredibile, ha rivelato così tanto su come funziona questo trasportatore e ha chiarito anni di ricerca precedente", afferma la dottoranda Ichia Chen, prima autrice sullo studio.
Trasportatore multitasking
Con un lavoro durato sette anni, ricercatori in Australia e Stati Uniti sono riusciti a 'fotografare' la struttura del trasportatore del glutammato, analizzando migliaia di immagini intrappolate in un sottile strato di ghiaccio, con il cryo-EM, un microscopio altamente sensibile che ha reso possibile questa ricerca.
Il cryo-EM può rendere visibile ciò che è invisibile all'occhio nudo, usando fasci di elettroni per fotografare molecole biologiche. I risultati confermano anche i sospetti che avevano i ricercatori da un po' di tempo, che i trasportatori del glutammato fanno multi-tasking (svolgono più compiti contemporanei).
L'autrice senior prof.ssa Renae Ryan dalla Scuola di Scienze Mediche, Facoltà di Medicina e Salute, ha detto:
"Usando il cryo-EM, abbiamo scoperto per la prima volta come questi trasportatori possono fare multitasking, eseguire la doppia funzione di spostare le sostanze chimiche (come il glutammato) attraverso la membrana cellulare, e allo stesso tempo di consentire agli ioni di acqua e cloruro di passare.
"Questi macchinari molecolari usano un meccanismo di torsione davvero interessante, simile a un ascensore, per spostare il loro carico attraverso la membrana cellulare. Ma hanno anche la funzione aggiuntiva di consentire agli ioni di acqua e cloruro di attraversare la membrana cellulare. Stiamo studiando queste due funzioni da un po' di tempo, ma fino ad ora non eravamo mai riusciti a spiegare come i trasportatori lo facevano. Usando una combinazione di tecniche, che comprendono crio-EM e simulazioni al computer, abbiamo catturato questo stato raro, dove possiamo osservare entrambe le funzioni accadere allo stesso tempo.
"Capire come funzionano i macchinari molecolari nelle nostre cellule ci consente di interpretare i difetti di questi macchinari negli stati di malattia e ci dà anche indizi su come potremmo puntare terapeuticamente questi macchinari".
Cruciale per colmare il divario nelle malattie
Mappare in dettaglio la struttura del trasportatore del glutammato potrebbe essere uno strumento cruciale per i ricercatori per capire come funziona il nostro corpo e il meccanismo che sottende alcune malattie. I difetti del trasportatore del glutammato sono stati collegati a molte malattie neurologiche come l'Alzheimer e l'ictus.
Ciò include malattie rare come l'atassia episodica, una malattia che influisce sul movimento e determina una paralisi periodica, causata da una perdita incontrollata di cloruro attraverso il trasportatore del glutammato nelle cellule cerebrali.
"Comprendere la struttura del trasportatore del glutammato, che controlla il flusso normale di cloruro, potrebbe aiutare a progettare farmaci che possono 'otturare' il canale di cloruro nell'atassia episodica", afferma il primo coautore dott. Qianyi Wu.
Fonte: University of Sydney (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Ichia Chen, Shashank Pant, Qianyi Wu, Rosemary Cater, Meghna Sobti, Robert Vandenberg, Alastair Stewart, Emad Tajkhorshid, Josep Font & Renae Ryan. Glutamate transporters have a chloride channel with two hydrophobic gates. Nature, 17 Feb 2021, DOI
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