Immagine, il trasporto intracellulare, le proteine del motore di kinesin trasportano le molecole che si muovono attraverso i microtubuli. Illustrazione 3D. Credit.: Kateryna Kon / Shutterstock
Nuove conoscenze sui motori molecolari potrebbero aiutare a trattare i disturbi neurologici.
Un nuovo studio riportato in Nature Communications ha scoperto attivatori di molecole che agiscono come motori per spostare materiali all’interno delle cellule nervose.
Le cellule nervose formano la base del sistema nervoso poiché trasferiscono le informazioni tra i vari organi sensoriali ed effettori del corpo, del cervello e del midollo spinale. Tuttavia, questa funzione si basa molto sul trasporto di diverse proteine e altre molecole tra varie parti della cellula.
Una cellula nervosa comprende un corpo cellulare e numerosi rami brevi chiamati dendriti. Ha anche una lunga proiezione chiamata assone che trasporta segnali lontano dal neurone. Le cellule nervose hanno anche minuscole tracce tubolari composte da microtubuli lungo cui il carico viene spostato da e verso i dendriti e gli assoni da un motore molecolare collegato, chiamato KIF1C.
Le cellule umane sintetizzano molti tipi di molecole motorie, chiamate kinesine e dineine che trasportano il carico verso le estremità opposte della cellula, ed entrambi i motori sono spesso presenti sui carichi in modo che possano cambiare direzione se i loro progressi sono ostacolati.
Ci sono 45 kinesine, ma solo alcune di esse sono effettivamente comprese in termini di ciò che mette in azione i motori. Tra queste, KIF1C è il motore più veloce nelle cellule nervose e viene utilizzato per vari processi all’interno del neurone che richiedono il trasporto di carichi in entrambe le direzioni. I difetti di questo motore sono alla base di molti disordini nervosi debilitanti, inclusa la paraplegia spastica ereditaria che è nota per colpire circa 135.000 persone in tutto il mondo. La malattia di Alzheimer e la demenza sono altre condizioni che sono anche legate a motori molecolari mal funzionanti.
KIF1C è un tipico motore molecolare, una proteina che agisce come un convertitore di energia chimico-meccanico. KIF1C trasporta anche molecole chiamate integrine che sono importanti per le adesioni cellulari.
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KIF1C deve rimanere a riposo mentre il processo di carico è in corso e spostare il carico una volta che il caricamento è completo fino a quando non viene effettivamente scaricato al termine del viaggio. Rispetto alle dimensioni del motore, le cellule nervose sono incredibilmente lunghe. Il sistema di trasporto deve essere infallibile allo stesso tempo per evitare l’inibizione della funzione nervosa.
L’attuale studio condotto presso l’ Università di Warwick era finalizzato a svelare il meccanismo di attivazione / inattivazione di KIF1C.
Gli scienziati hanno scoperto che lo stato inattivo del motore molecolare KIF1C è correlato alla sua autoinibizione, causata dall’infolding della molecola su se stesso. Questo fa sì che il suo gambo si colleghi alla parte che si attacca ai microtubuli che formano le tracce e così resta fuori dall’azione.
Quando è richiesta la sua funzione, utilizza altre due proteine sul carico, chiamate PTNPN21 e Hook3. Ognuna di queste proteine si attacca al gambo della molecola KIF1C, che si traduce nel suo dispiegamento e attivazione. Il risultato è che si inserisce nei binari e inizia a correre lungo di essi.
Quando queste proteine sono presenti, aumentano la velocità con cui il KIF1C atterra sui binari di circa il 40%. In questo modo il carico è in grado di attivare il motore KIF1C quando caricato. Questo può essere un modo in cui le kinesine possono trasportare “merci” in entrambe le direzioni senza tiri contraddittori. Quando queste proteine sono presenti, possono salvare la funzione di cellule che non hanno una sufficiente espressione di KIF1C.
Se questa scoperta sarà confermata, potrebbe essere utilizzata per avviare o aumentare l’attività motoria per spostare il carico necessario all’interno dei neuroni per normalizzare il funzionamento nei disturbi delle cellule nervose impoverite da KIF1C.
Il team sta attualmente valutando il lavoro sulla paraplegia spastica ereditaria.
“Tuttavia, c’è ancora un vasto campo di ricerca sulla regolazione di KIF1C nello spazio e nel tempo all’interno delle cellule, per consentirne l’applicazione in una serie di disordini neurologici”, afferma la ricercatrice Anne Straube che aggiunge: “Se capiamo come i motori vengono spenti e accesi, potremmo essere in grado di progettare macchine per il trasporto cellulare con proprietà alterate che potrebbero potenzialmente essere trasferite in pazienti con trasporto cellulare difettoso per compensare i difetti. In alternativa, possono essere utilizzate per la nanotecnologia, per costruire nuovi materiali sfruttando la loro capacità di concentrare enzimi o reagenti chimici. Stiamo anche studiando le proprietà dei motori con le mutazioni per capire perché funzionano meno bene “.
Fonte, Nature Communications
