Come un "tappo" invisibile potrebbe controllare le sinapsi elettriche
Nuovi elementi costitutivi della comunicazione cellulare
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Un team internazionale guidato dalla Goethe University di Francoforte, in Germania, ha utilizzato una microscopia crioelettronica all'avanguardia per visualizzare le sinapsi elettriche (giunzioni gap) all'interno delle cellule viventi. Nel farlo, hanno scoperto una struttura aggiuntiva sorprendente: un "tappo" circolare precedentemente sconosciuto che è collegato al canale dall'interno della cellula. Sembra essere formato dalla proteina UNC-1, la cui famiglia di proteine è associata a varie malattie.
Riga superiore: Le medie crio-ET dei canali della giunzione gap (a sinistra) hanno rivelato suggestivi tappi (a destra; viola) all'interno della cellula. Riga inferiore: Le giunzioni gap (azzurro) permettono alle cellule di comunicare attraverso le loro membrane (grigio).
N. Rosenkranz
Quando due cellule "parlano" tra loro, spesso lo fanno attraverso piccoli canali chiamati sinapsi elettriche. A differenza delle sinapsi chimiche, queste cosiddette giunzioni gap consentono lo scambio diretto di informazioni tra due cellule, ad esempio sotto forma di ioni. Senza di esse, i nostri cuori non potrebbero battere in sincronia e le cellule nervose non potrebbero attivarsi a ritmo. Ma cosa succede esattamente durante questa forma di comunicazione cellulare?
Uno sguardo all'interno della cellula vivente
Finora le giunzioni gap sono state studiate principalmente sotto forma di proteine isolate e trattate chimicamente, cioè al di fuori del loro ambiente naturale. Per poterne visualizzare la struttura direttamente nei tessuti viventi, i ricercatori della Goethe University di Francoforte (Germania), del Max Planck Institute of Biophysics (Germania) e del National Centre for Biological Sciences di Bangalore (India) hanno esaminato le cellule del nematode Caenorhabditis elegans utilizzando la crio-elettron tomografia (cryo-ET). "Con questo metodo possiamo congelare le cellule nel loro stato naturale e scattare immagini tridimensionali del loro interno", spiega il Prof. Dr. Alexander Gottschalk dell'Istituto di Chimica Biofisica della Goethe University. "Da migliaia di immagini di singoli canali, determiniamo poi una struttura ad alta risoluzione che ci permette di capire come funzionano le giunzioni gap".
I canali delle giunzioni gap del nematode sono costituiti da sei subunità per cellula. Insieme formano un canale di dodici subunità, esattamente come negli esseri umani. Queste strutture si sono conservate molto bene nel corso dell'evoluzione, per cui i risultati delle ricerche condotte su organismi semplici possono essere applicati anche ai mammiferi superiori. I risultati hanno mostrato che non tutti i canali hanno lo stesso aspetto: alcuni sono larghi e aperti, altri stretti e presumibilmente chiusi.
Scoperta di un tappo a forma di anello
In alcuni canali, i ricercatori hanno scoperto una struttura aggiuntiva: un "tappo" a forma di anello che si trovava all'interno della cellula su singoli canali e ne racchiudeva l'apertura. Questa struttura finora sconosciuta è un componente minuscolo ma importante: le sinapsi potrebbero essere in grado di regolare la loro connessione con essa come una valvola - un meccanismo che potrebbe essere cruciale per controllare i segnali elettrici nel cuore o nell'intestino.
Per scoprire quale proteina forma questo "tappo", i ricercatori hanno combinato i loro dati sperimentali con un software di intelligenza artificiale in grado di prevedere le strutture delle proteine. La proteina UNC-1 è quella che meglio corrisponde alla forma osservata del cappuccio. Le simulazioni al computer hanno confermato che l'anello UNC-1 può rimanere stabile sul canale e che entrambe le proteine interagiscono tra loro, come se fossero fatte l'una per l'altra.
Rilevanza per le malattie umane
L'UNC-1 appartiene alla famiglia delle proteine simili alla stomatina, presenti anche nel corpo umano e in grado di formare tappi a forma di anello. La stomatina si trova, ad esempio, nei globuli rossi e la relativa podocina nei reni. Le mutazioni di queste proteine nell'uomo sono associate a malattie ereditarie come la stomatocitosi ereditaria o la sindrome nefrosica resistente agli steroidi (SRNS). I nematodi con UNC-1 difettoso sono anche gravemente limitati nella loro mobilità. "La somiglianza strutturale di questa famiglia di proteine tra le diverse specie è notevole", afferma uno dei primi autori, Nils Rosenkranz, che ha studiato questo complesso proteico per la sua tesi di dottorato. "La nostra scoperta suggerisce che la regolazione delle giunzioni gap o di altri canali nella membrana cellulare da parte di tali capsule potrebbe essere un principio fondamentale della comunicazione cellulare, dai nematodi all'uomo".
La scoperta solleva ora nuove domande: Il "tappo" regola effettivamente l'apertura e la chiusura dei canali? Come influenza il flusso di ioni? I ricercatori sospettano che anche le giunzioni gap umane possano essere regolate da tappi simili. A lungo termine, ciò potrebbe aprire nuovi approcci terapeutici per le malattie in cui la comunicazione tra le cellule è interrotta.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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