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Proteine di trasporto: novita’ emerse da uno studio finanziato dall’UE

Un team di ricercatori finanziati dall’Unione europea è riuscito per la prima volta al mondo a scoprire la struttura di una proteina di trasporto nei suoi tre principali stati strutturali. Le proteine di trasporto sono responsabili del passaggio delle sostanze verso l’interno e l’esterno delle cellule, e le nuove scoperte, pubblicate sulla rivista Science, potrebbero condurre a nuovi farmaci per una serie di malattie e disturbi.

L’UE ha supportato il lavoro tramite il progetto E-MEP (“European membrane protein”), finanziato nell’ambito della tematica “Scienze della vita, genomica e biotecnologie per la salute” del Sesto programma quadro (6° PQ) e il progetto EDICT (“European drug initiative on channels and transporters”), finanziato attraverso il tema “Salute” del Settimo programma quadro (7° PQ).

Le proteine di trasporto spostano le molecole attraverso le membrane cellulari passando da tre stati diversi. Il primo stato è caratterizzato da una cavità rivolta verso l’esterno, nella quale si introduce un composto attaccandosi a un sito di legame. La proteina passa poi a un secondo stato “occluso”, in cui il contenuto è bloccato all’interno della proteina. Infine, il trasportatore subisce un altro cambiamento di forma, aprendo una cavità all’interno della cellula. Il sistema funziona come un cancelletto, ovvero la cavità è aperta da una parte o dall’altra, ma non si crea mai un canale diretto attraverso la proteina.

Nel nostro organismo ci sono migliaia di proteine di trasporto e studiarle è estremamente impegnativo. Dal momento che esse si degradano nell’acqua, risulta molto difficile purificarle e cristallizzarle, e anche se si producono cristalli di alta qualità, definire la loro struttura richiede molti mesi di lavoro. Finora nessuno è riuscito a chiarire tutti e tre gli stati strutturali di una singola proteina, così le idee su come funziona il sistema nel suo insieme si sono basate su risultati riguardanti proteine diverse.

“Modelli precedenti ci hanno permesso di capire il meccanismo in questione, ma non si sarebbe riusciti ad applicarlo efficacemente nello sviluppo di farmaci”, ha commentato il professor Peter Henderson dell’Università di Leeds nel Regno Unito. “L’obiettivo dei ricercatori in questo settore è sempre stato quello di osservare l’intero meccanismo in una singola proteina”.

Questo studio – che ha coinvolto scienziati in Giappone e nel Regno Unito – si è concentrato sulla Mhp1 (Microbacterium hydantoin permease 1), la proteina responsabile del trasporto di molecole chiamate idantoine all’interno delle cellule, dove vengono convertite in amminoacidi, i mattoni delle proteine. Gli errori nelle Mhp1 e nelle relative proteine di trasporto sono stati collegati a una serie di malattie tra cui i disturbi neurologiche e renali e il cancro.

Nel 2008 il team ha pubblicato sulla rivista Science i dati relativi alle strutture della Mhp1 rivolte verso l’esterno e quelle occluse. Quest’ultimo documento chiarisce la struttura rivolta all’interno della Mhp1. I risultati forniscono informazioni su come la proteina passa attraverso i tre stati.

“Questa terza struttura va a completare il quadro, e ora siamo in grado di capire il meccanismo di “accesso alternato” nel dettaglio”, ha spiegato il dottor Alexander Cameron della Divisione di bioscienze molecolari dell’Imperial College di Londra, nel Regno Unito. “A nostra sorpresa abbiamo scoperto che le strutture sono simili in molte proteine di trasporto – che in passato pensavamo fossero molto diverse – riteniamo quindi che il nostro modello possa aiutare i nostri colleghi in tutto il mondo ad ottenere rapidi progressi nelle loro ricerche”.

La speranza è che la comprensione dei meccanismi delle proteine di trasporto aiuterà i ricercatori ad usarle per introdurre i farmaci nelle cellule.

Gli scienziati del progetto EDICT stanno già attingendo alle rivelazioni riguardanti il meccanismo della Mhp1. “Abbiamo trovato circa 20 composti che corrispondono al sito di legame della Mhp1, e di questi 3 si sono rivelati leganti. Penso che stiamo entrando in un periodo di scoperte straordinarie”, ha affermato il professor Henderson, che è anche il coordinatore del progetto EDICT.

Nel frattempo, i ricercatori hanno deciso di studiare con precisione ciò che spinge la proteina a passare da uno stato all’altro.

“Ci è voluto molto tempo per arrivare a questo punto – più di 10 anni – ma la ricerca scientifica difficile richiede tempo. È a questo punto che la ricerca esplorativa si trasforma in applicazioni utili”, ha detto il professor Henderson. “E stata la cosa migliore a cui ho partecipato nella mia carriera accademica”.

Per maggiori informazioni, visitare:

Science:
http://www.sciencemag.org

University of Leeds:
http://www.leeds.ac.uk

Progetto EDICT:
http://www.edict-project.eu/

Progetto E-MEP:
http://www.e-mep.org/index.html
Cordis

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