Il maestro della logistica nella cellula: i ricercatori decodificano il "sistema di navigazione" per l'mRNA
Un lavoro premiato come manoscritto innovativo: i risultati potrebbero consentire l'ulteriore sviluppo di vaccini a base di mRNA
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Come in una gigantesca fabbrica, i componenti delle cellule viventi devono arrivare al posto giusto nel momento giusto. Un gruppo di ricerca guidato dall'Università Heinrich Heine di Düsseldorf (HHU) ha studiato come la proteina di trasporto Rrm4 agisca come logista di alta precisione nel fungo Ustilago maydis. Il lavoro è stato pubblicato come "breakthrough manuscript" sulla rivista scientifica Nucleic Acids Research (NAR) per la sua importanza.
Immagine al microscopio a fluorescenza di ife di Ustilago maydis con crescita e settatura unipolare: citoplasma, setti e cellula iniziale sono colorati con il colorante Calcofluor White, che rende visibile la chitina della parete cellulare fungina.
HHU / Johannes Postma & Michael Feldbrügge
All'interno di ogni cellula, l'impronta della vita - il DNA - è ben protetta nel nucleo cellulare. Per produrre le proteine - gli strumenti della cellula - viene creata una copia del progetto: il cosiddetto "RNA messaggero" (mRNA). Questo deve poi essere trasportato dove la cellula ne ha bisogno, ad esempio nelle fabbriche di proteine.
Nel caso dell'Ustilago maydis, che causa la malattia fungina "corn smut" nel mais, gli mRNA devono essere trasportati su lunghe distanze fino alle estremità dei suoi prolungamenti filiformi (le "ife"). I processi di trasporto e il loro controllo svolgono quindi un ruolo centrale nel funzionamento delle cellule. Per raggiungere località distanti è necessario un servizio di trasporto espresso attivo.
La proteina di trasporto Rrm4 svolge questo compito logistico in Ustilago maydis. Ha tre "bracci di presa" specializzati (i cosiddetti RRM; RNA recognition motifs) con cui afferra l'mRNA e lo carica su organelli chiusi in membrana (endosomi). Questi ultimi agiscono come vagoni merci che corrono lungo i microtubuli attraverso la cellula come su rotaie.
Ma come fa la proteina di trasporto a riconoscere quali mRNA deve afferrare? Utilizzando il metodo iCLIP2 ad alta precisione, i ricercatori guidati dal Prof. Dr. Michael Feldbrügge dell'Istituto di Microbiologia della HHU hanno dimostrato che l'mRNA ha dei "codici postali" specifici (quasi codici postali). Solo se il braccio di presa della proteina si inserisce esattamente in questo codice postale, il pacchetto viene caricato correttamente e, cosa altrettanto importante, mantenuto stabile durante il percorso.
"La comprensione dettagliata di questo processo è stata possibile solo grazie alla stretta interconnessione delle discipline. Mentre i biologi sperimentali del laboratorio di Düsseldorf esaminavano i funghi e analizzavano le mutazioni, i biologi informatici di Würzburg si occupavano dell'enorme complessità dei dati. Solo grazie all'analisi computerizzata è stato possibile decodificare i milioni di punti di legame tra proteine e RNA e identificare i siti di legame funzionalmente importanti", afferma il Prof. Feldbrügge, autore corrispondente dello studio pubblicato su NAR, spiegando l'interazione tra i vari partner della cooperazione. E aggiunge: "In questo modo, abbiamo decodificato la funzione della proteina Rrm4 a un'alta risoluzione mai raggiunta prima. Il nostro approccio può essere utilizzato anche per una serie di altre proteine".
I ricercatori hanno scoperto che ognuno dei tre bracci di presa ha un compito diverso nel riconoscere l'mRNA. Il legame non determina solo il trasporto, ma anche il tempo in cui un mRNA rimane stabile prima di essere degradato. Spegnendo in modo specifico i singoli bracci di presa, è stato dimostrato che senza un legame preciso, l'intera logistica della cellula collassa: il fungo non può più crescere normalmente.
Il lavoro si è concentrato in particolare sugli mRNA destinati ai mitocondri (le centrali elettriche della cellula). Questi dipendono da un rifornimento costante di mRNA. I ricercatori sono ora riusciti a capire come il nucleo, gli endosomi e i mitocondri comunicano tra loro.
La rete intracellulare è un tema centrale del Centro di ricerca collaborativa SFB 1535 MibiNet di Düsseldorf, nell'ambito del quale sono state condotte le indagini. "Ora abbiamo capito come la cellula utilizza il trasporto mirato dell'mRNA per garantire che l'approvvigionamento energetico e la comunicazione tra le diverse aree cellulari funzionino senza problemi", afferma il Prof. Feldbrügge, portavoce del CRC.
Questi risultati della ricerca di base su un fungo hanno anche implicazioni di vasta portata per la medicina moderna. Il Prof. Feldbrügge parla di possibili ulteriori prospettive: "Se è chiaro come l'mRNA viene trasportato, riconosciuto e stabilizzato, i vaccini a base di mRNA - che sono noti dalla pandemia di Corona - possono essere ulteriormente sviluppati, resi più precisi e più efficaci su questa base, ad esempio".
Il lavoro è stato riconosciuto dalla rivista NAR come un manoscritto innovativo. Ciò dimostra la particolare importanza dello studio: solo il due per cento migliore dei lavori presentati riceve tale valutazione.
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