I ricercatori ricreano la macchina che ripulisce i rifiuti all'interno di una cella

luismmolina/iStock

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Ogni giorno avviene un processo di pulizia nel nostro corpo. Derivato dal greco, il processo si chiama autofagia, che significa auto-mangiarsi.

Svolge un ruolo vitale nell'immunità e nella difesa dell'ospite. Nel corpo umano, l’autoalimentazione è il processo mediante il quale le nostre cellule si disgregano, rimuovono le proteine ​​anormali e le vecchie macromolecole e organelli di scarto nel citoplasma e uccidono i microrganismi invasori.

Quindi questi rifiuti vengono fatti passare in piccoli scivoli della spazzatura chiamati autofagosomi, per essere immagazzinati nel macchinario di riciclaggio della cellula chiamato lisosoma. I prodotti di degradazione vengono poi riciclati per le funzioni cellulari essenziali, soprattutto durante i periodi di stress o di fame. L’avvio tempestivo dell’autofagia è fondamentale per mantenere la sopravvivenza delle cellule in condizioni di stress e fame.

Supponiamo che questo processo di autofagia, per qualche motivo, sia instabile e ci sia un accumulo di spazzatura nelle cellule. In tal caso, può portare a malattie neurodegenerative e, in alcuni casi, persino al cancro.

Per comprendere le lacune fondamentali nelle loro conoscenze riguardo all’inizio del processo di autofagia, un team tedesco di ricercatori ha impiegato diversi anni per produrre tutte le proteine ​​coinvolte nel processo.

"Come funzionano insieme i componenti proteici? Come viene avviato e interrotto il processo di autofagia? Quando e dove viene assemblato l'autofagosoma? Questo è ciò che vogliamo scoprire", ha affermato Alex Faesen, leader del gruppo di ricerca presso l'Istituto Max Planck per Scienze multidisciplinari a Gottinga, in un comunicato.

Il team ha osservato le proteine ​​direttamente mentre gli autofagosomi si assemblavano. L’approccio standard consiste nell’utilizzare batteri geneticamente riprogrammati. "Ma la produzione di proteine ​​con i batteri non ha funzionato per nessuna delle nostre proteine", ha detto Faesen.

Gli scienziati hanno avuto un momento di svolta quando sono passati alle cellule di insetti come aiutanti molecolari.

Il passo successivo prevedeva l’unione dei singoli complessi proteici. "I complessi si autoassemblano in un supercomplesso proteico, il complesso di inizio dell'autofagia. L'autofagia coinvolge una sofisticata nanomacchina cellulare e funziona in modo molto diverso da quanto si pensasse in precedenza", ha spiegato Faesan.

Gli autofagosomi si formano in pochi minuti quando un corpo è sotto stress a causa di attività come sport di resistenza o durante periodi di fame. "Da questo momento in poi non si può tornare indietro: il tritarifiuti viene assemblato e raccoglie i rifiuti cellulari", spiega Anh Nguyen, uno dei due primi autori dello studio ora pubblicato su Molecular Cell.

Sebbene il gruppo di ricerca abbia ricreato questa nanomacchina, ci sono ancora alcune domande senza risposta relative all'interruttore molecolare "acceso" e "spento", come è presente in altre macchine molecolari.

I ricercatori sperano che le loro intuizioni possano contribuire al trattamento del cancro e delle malattie neurodegenerative e ritardare il processo di invecchiamento.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Molecular Cell.

Estratto dello studio:

L'autofagia è un percorso di degradazione intracellulare conservato che genera autofagosomi a doppia membrana de novo per prendere di mira un'ampia gamma di materiale per la degradazione lisosomiale. Negli organismi multicellulari, l'inizio dell'autofagia richiede l'assemblaggio tempestivo di un sito di contatto tra l'ER e l'autofagosoma nascente. Qui, riportiamo la ricostituzione in vitro di un supercomplesso di iniziazione dell'autofagia umana a sette subunità a lunghezza intera costruito su un complesso centrale di ATG13-101 e ATG9. L'assemblaggio di questo complesso centrale richiede la rara capacità di ATG13 e ATG101 di passare da pieghe distinte. La lenta conversione metamorfica spontanea è limitante la velocità per l'autoassemblaggio del supercomplesso. L'interazione del complesso centrale con ATG2-WIPI4 migliora il legame delle vescicole di membrana e accelera il trasferimento lipidico di ATG2 sia da parte di ATG9 che di ATG13-101. Il nostro lavoro scopre le basi molecolari del sito di contatto e i suoi meccanismi di assemblaggio imposti dalla metamorfosi di ATG13-101 per regolare la biogenesi degli autofagosomi nello spazio e nel tempo.