(Complexina-Immagin: un’immagine 3D ad altissima risoluzione mostra come la proteina complexina può distorcere, distruggere e allungare le membrane cellulari simulate. La complexina è importante per il rilascio di neurotrasmettitori nel cervello, ma deve essere regolata per non danneggiare le cellule. Credito immagine: Chapman Lab).
Un nuovo studio rivela che una proteina nota da tempo per svolgere un ruolo nella comunicazione tra le cellule del cervello è anche in grado di distrugere le cellule se non viene controllata a causa della sua propensione a torcere e perforare le membrane che circondano le cellule.
Di per sé, la proteina complexina, è così tossica che può distruggere le cellule. Eppure, nel cervello, una serie di controlli assicura che la proteina funzioni bene e aiuti le cellule chiamate neuroni a comunicare favorendo il rilascio di composti chiamati neurotrasmettitori.
I risultati, pubblicati su Nature Structural and Molecular Biology, sottolineano quanto poco sappiamo ancora su come funziona il nostro cervello. Miliardi di volte al secondo, i neuroni del cervello si scambiano informazioni. Sebbene molte proteine svolgano un ruolo in questo compito cruciale, il modo in cui lo realizzano rimane ostinatamente misterioso.
Tutto inizia all’interno di un neurone quando un minuscolo pacchetto di neurotrasmettitori si fonde con la membrana esterna della cellula. Quel pacchetto viene quindi rilasciato come carico per raggiungere il neurone successivo.
“Sosteniamo che sia l’evento di fusione della membrana più interessante nei nostri corpi, perché è quello che sta alla base di questa conversazione. Controlla il ricordo e l’oblio. È tutto”, afferma Ed Chapman, Professore di neuroscienze presso la University of Wisconsin School of Medicine and Public Health. “Tuttavia, fino ad oggi, nessuno sa come funzionano davvero le proteine coinvolte in questo processo”.
Nel tentativo di comprendere meglio queste proteine, il laboratorio di Chapman e i suoi collaboratori hanno scoperto il sorprendente potere della complexina.
“Siamo giunti a questa scoperta per caso”, afferma Kevin Courtney, un borsista post-dottorato del laboratorio Chapman che ha contribuito a condurre il nuovo studio insieme allo studente laureato in biofisica Lanxi Wu.
Durante l’impostazione di esperimenti per testare una raccolta di diverse proteine che fondono la membrana, un precedente ricercatore del laboratorio Chapman, Huan Bao, ha aggiunto la complexina a una minuscola simulazione delle membrane cellulari. Con sua sorpresa, le membrane sono andate in tilt. All’inizio, sembrava che l’esperimento fosse solo un fallimento.
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Bao alla fine andò via per avviare il suo laboratorio, ma i membri rimanenti del gruppo di Chapman continuarono a studiare la complexina. I ricercatori hanno scoperto che la proteina piega e riordina drammaticamente le membrane. I video dal vivo mostrano la proteina che pizzica piccole bolle di membrana mentre contemporaneamente fa dei buchi in esse.
Le immagini 3D ad altissima risoluzione prodotte dal laboratorio di Dorit Hanein e Niels Volkmann presso lo Scintillon Institute di San Diego hanno anche rivelato che la complexina potrebbe formare riccioli torcenti di membrane rotte. Gli scienziati hanno fatto risalire questa straordinaria capacità a una minuscola porzione della proteina complexina, situata proprio all’estremità. Curiosamente, questo piccolo pezzo ricorda da vicino una varietà di altri peptidi (piccoli frammenti di proteine) che uccidono i batteri facendo dei buchi in essi. Una di queste proteine è la melittina, il componente principale del veleno d’api.
Quindi, il team ha scambiato la melittina alla fine della complexina e ha visto che l’ibrido complexina-melittina funzionava altrettanto bene della forma nativa. Questo esperimento di scambio ha dimostrato che la complexina ottiene il suo potere di discombustione della membrana essendo in grado di inserirsi nelle membrane, proprio come fa il veleno.
Se la complexina mostrasse tutta la sua forza nel corpo, farebbe a pezzi i neuroni. “Di tutte le proteine che abbiamo esaminato, la complexina è l’unica che da sola trasforma drasticamente le membrane“, afferma Chapman. “Deve essere soggetta a una regolamentazione piuttosto seria, altrimenti saremmo tutti morti“.
In ulteriori esperimenti, il team ha scoperto alcuni dei modi in cui i neuroni potrebbero tenere sotto controllo la complexina. Soprattutto, il numero di proteine complexine che cooperano in qualsiasi momento sembra essere strettamente limitato. Solo in numero elevato la complexina devasta le cellule. Può darsi che in piccole quantità controllate, promuova semplicemente la fusione della membrana.
Ora che ha imparato di più su come funziona la complexina, il team è ansioso di continuare a testare le altre proteine essenziali nel trasporto dei neurotrasmettitori.
