Il coenzima Q (CoQ) è un ingranaggio vitale nei macchinari per la produzione di energia del corpo, una sorta di gateway chimico nella conversione del cibo in combustibile cellulare. Ma a distanza di sei decenni dalla sua scoperta, gli scienziati non sono ancora in grado di descriverlo esattamente.
Dave Pagliarini, Direttore del Morgridge Institute for Research, afferma che l’elenco delle incognite intorno al coenzima Q è scoraggiante. Come si muove nella cellula? Come si abitua e si reintegra? Quali geni e proteine sono responsabili della disfunzione del CoQ? Perché la sua presenza diminuisce quando le persone invecchiano?
Pagliarini che è anche Professore associato di biochimica presso l’Università del Wisconsin-Madison, insieme al suo team si è impegnato ad eliminare molte di queste lacune nella comprensione della produzione di CoQ e nella comprensione del ruolo del deficit di CoQ nella malattia umana. Le carenze di CoQ sono implicate in una serie di malattie, tra cui insufficienza epatica e polmonare, debolezza muscolare, sordità e molti disturbi cerebrali come il Parkinson e l’atassia cerebellare. Il coenzima è prodotto quasi esclusivamente all’interno del corpo ed è spesso molto difficile da reintegrare attraverso i supplementi nutrizionali.
In questo contesto, il laboratorio Pagliarini sta sviluppando nuovi strumenti per fare luce sulla funzione CoQ, principalmente individuando e definendo proteine che hanno un legame diretto con la sostanza chimica. Nel mese scorso, il team di Pagliarini ha pubblicato tre documenti che raccolgono più livelli di informazioni.
“Una sfida fondamentale in biologia sta nel collegare le molte proteine” orfane “nelle nostre cellule con specifici processi biologici, come la biosintesi del CoQ”, afferma Pagliarini. “Una volta che abbiamo un controllo sulle loro funzioni, una seconda sfida è quella di escogitare modi per manipolare l’attività di queste proteine, farmacologicamente o meno, per controllare i processi biologici chiave e, in definitiva, migliorare la salute”.
Le tre ricerche, pubblicate sulle riviste Cell Systems (13 dicembre), Molecular Cell (7 dicembre) e Cell Chemical Biology (29 novembre), rivelano nuovi indizi sulla produzione e la funzione del coenzima Q.
Nell’ articolo pubblicato in Cell Chemical Biology , ad esempio, il team di ricerca, guidato dal ricercatore di Morgridge, Andrew Reidenbach, ha somministrato un farmaco personalizzato ad un organismo modello, il lievito, che è in grado di attivare e disattivare il percorso del CoQ. Questa scoperta fornisce un nuovo modo per i ricercatori di comprendere, all’interno di un organismo vivente, come i diversi livelli di CoQ influenzano la funzione metabolica.
“Questo sistema ci offre un nuovo e potente strumento per studiare in modo meccanicistico come funziona questo percorso e come possiamo manipolarlo”, afferma Pagliarini. “Ora pensiamo di poter sviluppare un controllo simile del percorso, per produrre diversi livelli di coenzima Q e vedere cosa questo significa per diversi fenotipi e risultati di salute nelle cellule”.
Il documento pubblicato in Cell Systems- un progetto guidato congiuntamente dal gruppo di biochimico di UW-Madison Marv Wicken – indaga su una proteina legante l’RNA che è stata a lungo associata ai mitocondri. Ma quale ruolo effettivamente svolge la proteina è stato difficile da definire. In questo lavoro, guidato dagli scienziati di Morgridge, Chris Lapointe e Jon Stefely, anche in collaborazione con il gruppo di Josh Coon, è stata creata una nuova strategia multi-omica per identificare la funzione globale di questa proteina e il suo ruolo nella biosintesi del CoQ. Questo approccio multi-omico – sposando proteomica, metabolomica e altri strumenti “omici” per individuare la funzione di una proteina – sarà molto importante come strumento per determinare futuri obiettivi proteici.
Infine, l’ articolo pubblicato in Molecular Cell fa luce sulle proteasi che vivono nei mitocondri che sono progettati per “masticare” altre proteine. Si pensava che queste proteine ”Pac-man” servissero semplicemente come una sorta di bidoni della spazzatura cellulare per eliminare le proteine danneggiate nei mitocondri. Questo studio, guidato da Mike Veling, ha rivelato che le loro funzioni erano molto diverse. In particolare, il team ha scoperto una proteasi che aiuta una proteina CoQ essenziale a “maturare” nella sua forma finale.
Pagliarini afferma che tutti e tre i documenti potrebbero avere un impatto duraturo nella ricerca mitocondriale che va ben oltre la biologia del CoQ, dando agli scienziati nuovi metodi per rintracciare la funzione proteica. Attualmente circa un quarto di tutte le proteine nei mitocondri non ha una funzione assegnata e molte di queste potrebbero avere un collegamento con la malattia mitocondriale.
“Per il coenzima Q, più comprendiamo i passi biosintetici che si svolgono e quali processi cellulari li accendono e spengono, maggiori sono le probabilità che possiamo manipolare il sistema in modo da migliorare la produzione complessiva di CoQ”, afferma Pagliarini. “Questa sarebbe una grande strategia terapeutica: invece di assumere integratori, che non sempre forniscono il CoQ dove dovrebbe essere, si potrebbero attivare i processi naturali della sua produzione per combattere le malattie”.
Fonte: EurekAlert
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