Dentro la cellula: l'incredibile danza del riciclo che ci difende dal Parkinson
Le nostre cellule, proprio come noi, hanno bisogno di riciclare! Utilizzano un processo chiamato autofagia per scomporre e rimuovere componenti interni vecchi o danneggiati, come i mitocondri, noti come le "centrali energetiche" della cellula. Questo studio si concentra sull'autofagia dei mitocondri, chiamata mitofagia, e su come una proteina chiamata TBK1 aiuti a contrassegnare i mitocondri danneggiati per la rimozione. I ricercatori hanno scoperto che TBK1 collabora con un'altra proteina, OPTN, per avviare il processo di riciclaggio. Studiare questi meccanismi potrebbe aiutare a sviluppare nuovi farmaci per malattie neurodegenerative come il Parkinson.
- Autofagia: Sistema di riciclaggio cellulare che elimina componenti vecchi o danneggiati per produrre energia e nuovi "mattoni" funzionali.
- Mitofagia: Tipo specifico di autofagia che elimina selettivamente i mitocondri disfunzionali, cruciali per la produzione di energia cellulare.
- Parkin e PINK1: Proteine che "etichettano" i mitocondri danneggiati con ubiquitina per segnalarne la rimozione.
- OPTN: Proteina che riconosce l'etichetta di ubiquitina e collega il mitocondrio danneggiato al sistema di autofagia.
- TBK1: Enzima che attiva l'OPTN e avvia la formazione della membrana che degraderà il mitocondrio.
Il nostro corpo è formato da trilioni di cellule, ognuna delle quali come una minuscola macchina che lavora costantemente. Proprio come le macchine, anche le cellule hanno bisogno di eliminare i componenti vecchi o danneggiati per funzionare correttamente. È qui che entra in gioco l'affascinante processo dell'autofagia, letteralmente "mangiare se stessi". Tramite l'autofagia, le cellule riciclano i propri componenti cellulari, come gli organelli, che sono strutture specializzate con funzioni specifiche. Un tipo particolare di autofagia è la mitofagia, che si occupa specificatamente di eliminare i mitocondri disfunzionali. I mitocondri sono spesso chiamati le "centrali energetiche" della cellula perché producono energia che la cellula utilizza per svolgere le sue funzioni. Proprio come una centrale elettrica inefficiente può causare problemi, anche i mitocondri danneggiati possono compromettere la salute della cellula.
Questo studio si concentra sulla mitofagia e su come una proteina chiamata TBK1 aiuta a eliminare i mitocondri danneggiati. I ricercatori si sono interessati a due proteine, PINK1 e Parkin, già note per essere coinvolte nella malattia di Parkinson. "Difetti nella mitofagia sono stati collegati direttamente alla neurodegenerazione osservata nei pazienti di Parkinson", spiega Koji Yamano, autore principale dello studio.
Normalmente, PINK1 e Parkin collaborano per marcare i mitocondri danneggiati aggiungendo una catena di molecole chiamata ubiquitina. Questa etichetta funziona come un segnale per altre proteine, chiamate adattatori dell'autofagia, che si legano al mitocondrio e attivano la formazione di un autofagosoma, una membrana che avvolge il mitocondrio destinato al "riciclo".
Sebbene si sapesse che TBK1 fosse coinvolta nella mitofagia mediata da PINK1/Parkin, il meccanismo preciso di attivazione rimaneva un mistero. Utilizzando tecniche di biologia molecolare, il team di ricerca ha scoperto che eliminando il gene che codifica per TBK1 si impediva l'associazione con una proteina adattatrice dell'autofagia chiamata optineurina (OPTN) durante la mitofagia mediata da Parkin. Inoltre, l'eliminazione del gene OPTN impediva l'autofosforilazione di TBK1, un passaggio cruciale per la sua funzione.
Studi successivi hanno suggerito che le interazioni tra OPTN e l'ubiquitina, e tra OPTN e la membrana dell'autofagosoma in formazione, sono essenziali per consentire a OPTN e TBK1 di unirsi nel sito di contatto tra il mitocondrio danneggiato e la membrana dell'autofagosoma in via di sviluppo. Senza questo sito di contatto, l'autofosforilazione di TBK1 non può avvenire.
I ricercatori hanno anche sviluppato in laboratorio molecole chiamate monobody, in grado di legarsi specificamente a OPTN e inibirne le interazioni fisiche. I monobody hanno impedito l'accumulo di OPTN nei siti di contatto della mitofagia, bloccando successivamente l'attivazione di TBK1 e di conseguenza la degradazione del mitocondrio. Questi esperimenti sottolineano ulteriormente l'importanza della relazione OPTN-TBK1 per un corretto funzionamento della mitofagia.
"Poiché PINK1 e Parkin svolgono un ruolo cruciale nella malattia di Parkinson, comprendere i dettagli meccanicistici legati alla mitofagia mediata da queste molecole è fondamentale", spiega Yamano. Lo studio dimostra una relazione positiva e reciproca tra OPTN e TBK1, necessaria per l'inizio della formazione degli autofagosomi sui mitocondri danneggiati. Questa scoperta significativa potrebbe aprire la strada allo sviluppo di nuovi farmaci per il trattamento del Parkinson.
