Guardie del corpo per proteine immature

Le macchine della cellula producono continuamente lunghe catene peptidiche, le proteine. Affinché una proteina possa svolgere correttamente i suoi compiti, però, deve prima adottare la corretta struttura spaziale. In ogni cellula sono presenti proteine molecolari di aiuto chiamate chaperoni. Esse si occupano delle proteine ancora immature, aiutandole a ripiegarsi e prevenendo gli errori. I ricercatori guidati da Sebastian Hiller, professore presso il Biozentrum dell'Università di Basilea, e da Daniel Müller, professore di biofisica presso il Dipartimento di Scienze e Ingegneria dei Biosistemi (D-BSSE) del Fare ricerca all'ETH di Zurigo a Basilea, hanno scoperto come due chaperoni nel batterio intestinale E. coli proteggono la proteina di membrana FhuA durante il trasporto e la aiutano a infilarsi nella membrana.

Aiuto per la filettatura delle proteine di membrana

Innumerevoli proteine che trasportano nutrienti e molecole di segnalazione sono incorporate nella membrana esterna dei batteri. Uno di questi trasportatori legati alla membrana è la proteina FhuA. Con l'aiuto di questa proteina, i batteri assorbono il ferro, che è vitale per loro, e gli antibiotici. Ma come fa la proteina FhuA, molto grande e a forma di barile, a entrare senza danni nella membrana esterna? Gli scienziati del Biozentrum e del D-BSSE sono andati a fondo della questione. Lo studio corrispondente è stato recentemente pubblicato su "Nature Structural & Molecular Biology".

FhuA utilizza due chaperon per farsi strada nella membrana esterna. Utilizzando analisi strutturali e la spettroscopia di forza a singola molecola, i ricercatori sono ora riusciti a chiarire per la prima volta come i due chaperoni stabilizzino la proteina ancora immatura e ne impediscano il misfolding. "Questo processo è estremamente dinamico", spiega Hiller. "Sotto la protezione dei chaperoni, FhuA cambia costantemente la sua struttura nell'arco di millesimi di secondo. Questo le permette di cercare stati energeticamente favorevoli che consentono di infilare passo dopo passo le singole sezioni della proteina nella membrana". Con l'incorporazione dell'ultima sezione, FhuA acquisisce la sua struttura a barile matura e funzionale. Se non fosse protetta, FhuA si ripiegherebbe in modo errato e finirebbe per raggrupparsi.

Caos proteico senza chaperoni

I chaperoni svolgono un ruolo chiave nella formazione delle proteine funzionali. Essi svolgono un ruolo importante nel corretto ripiegamento delle proteine solubili e sono anche necessari per l'incorporazione di molecole proteiche complesse nella membrana esterna dei batteri.

Poiché diversi organelli delle cellule vegetali e animali sono di origine batterica, gli chaperoni proteggono le proteine in modo simile e ne favoriscono l'incorporazione. Gli studi sono quindi estremamente importanti per le malattie causate da proteine mal ripiegate, come l'Alzheimer, il Parkinson o la fibrosi cistica.

"? noto da tempo che i chaperoni proteggono altre proteine da un ripiegamento errato e ne favoriscono il corretto ripiegamento. Il nostro lavoro ci ha permesso di mostrare per la prima volta nelle cellule biologiche come i chaperoni supportino il ripiegamento di proteine di membrana importanti per la ricerca farmaceutica", spiega il Lavorare all'ETH Daniel Müller. Finora è stato possibile studiare questo aspetto quasi esclusivamente utilizzando ambienti artificiali. Di conseguenza, la comprensione del modo in cui le proteine si ripiegano nella membrana di una cellula è stata scarsa. "Grosso modo, finora era come mettere una mucca nel ghiaccio per studiare il suo comportamento naturale, ma poi osservare reazioni sorprendenti che non possiamo sapere se siano "normali"", dice Müller. "Grazie al lavoro attuale, tuttavia, ora abbiamo una migliore comprensione di come la cellula integri il suo macchinario molecolare nella membrana cellulare in modo che possa svolgere i suoi compiti lì".