È stato di recente pubblicato sul Journal of the American Chemical Society (JACS) uno studio del Cnr-Iom che spiega un processo essenziale di comunicazione tra cellule. I ricercatori hanno chiarito come alcune proteine si “disattivano” dopo aver svolto la loro funzione. Comprendere questo meccanismo contribuirà allo sviluppo di nuove strategie terapeutiche.
La ricerca dell’Istituto Officina dei Materiali del Consiglio nazionale delle ricerche di Trieste (Cnr-Iom) spiega, dunque, uno dei meccanismi fondamentali di funzionamento del sistema cellulare. Ovvero, il processo attraverso cui determinate proteine si “disattivano” dopo aver svolto la loro funzione. Si tratta delle proteine Rho GTPasi, che regolano processi quali l’organizzazione del citoscheletro, il movimento cellulare e la comunicazione tra le cellule.
Le ricercatrici di Cnr-Iom Angela Parise e Alessandra Magistrato hanno coordinato lo studio.
Rho GTPasi, proteine che agiscono come interruttori molecolari
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Le Rho GTPasi sono proteine che agiscono come interruttori molecolari: alternano uno stato “acceso” e uno “spento”. Quando questo sistema di regolazione viene alterato, possono svilupparsi diverse patologie, tra cui tumori e metastasi. Comprendere nel dettaglio come questi interruttori si attivano e si disattivano rappresenta un’importante sfida per la biologia molecolare e la medicina.
Le ricercatrici sono riuscite ad osservare con risoluzione atomica il meccanismo con cui la proteina RhoA origina una reazione chimica. Reazione che determina il passaggio dalla forma attiva a quella inattiva. Al risultato si è giunti grazie a simulazioni computazionali avanzate che combinano dinamica molecolare classica e metodi quantistici.
Identificato un meccanismo delle cellule finora sconosciuto
La ricercatrice Angela Parise (Cnr-Iom), prima autrice dello studio, ha spiegato le modalità attraverso le quali lo studio ha identificato un meccanismo finora sconosciuto.
«Durante la reazione, una glutammina, un amminoacido presente nel sito attivo della proteina, cambia temporaneamente struttura. Si comporta come una sorta di navetta che trasferisce protoni e rende possibile la reazione chimica. Al termine del processo – sottolinea Parise – l’ingresso di molecole d’acqua permette alla proteina di ritornare nella configurazione iniziale, pronta per un nuovo ciclo di attività. Questo modello risolve un dibattito aperto da anni sul funzionamento delle Rho GTPasi».
Cnr-Iom: supportare lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche.
«Per noi è stato particolarmente importante riuscire a ricostruire, passo dopo passo, l’intero meccanismo della reazione». A spiegarlo è Alessandra Magistrato, dirigente di ricerca del Cnr-Iom. «L’integrazione tra simulazioni molecolari avanzate e dati strutturali ci ha permesso di osservare passaggi fondamentali. Si tratta nello specifico di passaggi che finora erano rimasti invisibili e di proporre un nuovo meccanismo d’azione di queste proteine. La possibilità di seguire il movimento degli atomi durante la reazione – aggiunge la studiosa – ci ha consentito di comprendere un meccanismo fondamentale. Ovvero come la proteina riesce a disattivarsi e a tornare pronta per un nuovo ciclo. Si tratta di un approccio che potrà essere applicato anche allo studio di molte altre proteine coinvolte nella regolazione delle funzioni cellulari».
Applicare simulazioni molecolari avanzate allo studio di proteine e acidi nucleici coinvolti in processi patologici è proprio uno dei focus di studio del gruppo di ricerca. L’obiettivo del Cnr-Iom è quello di supportare lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche.