Proteine Una tossina fungina blocca la produzione di proteine nelle cellule

Gli scienziati hanno scoperto una tossina fungina che blocca le "fabbriche" proteiche delle cellule. Oltre a rivelare i meccanismi fondamentali della produzione proteica, questi risultati potrebbero aprire la strada a trattamenti innovativi nel lungo periodo.

Berna/Svizzera – Ogni cellula del nostro corpo dipende dalle proteine per la crescita, la riparazione, la difesa contro gli agenti patogeni e quasi tutti gli altri processi vitali. Queste proteine vengono prodotte da minuscole “fabbriche di proteine”, i cosiddetti ribosomi. Le alterazioni nella produzione proteica sono collegate a malattie quali il cancro, i disturbi dello sviluppo e le infezioni virali. I ricercatori di tutto il mondo sono quindi alla ricerca di sostanze che influenzino in modo specifico la produzione proteica, per comprendere meglio il funzionamento dei ribosomi e sviluppare nuovi approcci terapeutici.

Un gruppo di ricerca del Dipartimento di Chimica, Biochimica e Scienze Farmaceutiche (DCBP) dell’Università di Berna ha ora sviluppato un nuovo metodo per identificare in modo specifico le sostanze che influenzano la funzione dei ribosomi. Lo studio ha rivelato che una specifica tossina fungina rallenta la produzione di proteine e induce le «fabbriche proteiche» della cellula in una sorta di stato di dormienza. Lo studio è stato condotto in collaborazione con la Biomolecular Screening Facility dell’EPFL e il Cryo-EM Knowledge Hub del Politecnico federale di Zurigo (ETH) ed è stato recentemente pubblicato sulla rivista Communications Biology.

28.000 sostanze diverse testate con il metodo bernese

Per individuare in modo specifico le sostanze che influenzano la produzione proteica, i ricercatori dell’Università di Berna non hanno utilizzato i test tradizionali che prevedono l’uso di cellule vive, poiché questi sono troppo complessi per dimostrare un effetto diretto. Hanno invece sviluppato un sistema di analisi che riproduce la produzione proteica umana al di fuori delle cellule vive. Utilizzando questo sistema, hanno testato 28'000 sostanze diverse, misurando la quantità di proteine prodotta in ciascun caso. «Riducendo le cellule all’essenziale, per così dire, possiamo verificare con estrema precisione se una sostanza influisce direttamente sulla produzione proteica umana», spiega Nino Schwaller, primo autore dello studio e studente di master presso il DCBP. Aggiunge: «Grazie al nostro nuovo metodo, possiamo studiare gli effetti delle tossine ambientali e dei potenziali composti attivi su uno dei processi biologici più fondamentali della vita, ovvero la produzione di proteine, con una precisione molto maggiore rispetto al passato».

La micotossina dei cereali agisce su bersagli specifici

Tra le numerose sostanze analizzate, la micotossina NT-2, prodotta da funghi dei cereali del genere Fusarium, si è distinta in modo particolare. Questi funghi infettano grano, orzo, avena e mais, danneggiando le colture e contaminando gli alimenti e i mangimi. Il gruppo di ricerca ha ora dimostrato che questa micotossina NT-2 si lega direttamente ai ribosomi. «Siamo rimasti particolarmente colpiti dalla precisione con cui questa tossina naturale agisce sulle “fabbriche” proteiche della cellula», afferma Schwaller. Ancora più sorprendente è stata la seguente osservazione: «I ribosomi hanno una struttura fondamentalmente molto simile nelle piante, negli animali e nei funghi, quindi ci si aspetterebbe che l’NT-2 si leghi anche ai ribosomi di questi organismi e ne blocchi la produzione proteica. È interessante notare, tuttavia, che le cellule dei funghi produttori della tossina sembrano essere a loro volta protette dall’NT-2», spiega Schwaller. Lo studio ci aiuta a comprendere in che modo le tossine fungine presenti nei cereali contaminati possano interferire con processi fondamentali nelle cellule umane.

I ribosomi rimangono in “modalità sleep”

Il team ha fatto la sua scoperta più sorprendente quando ha esaminato più da vicino i ribosomi delle cellule trattate con NT-2. Una grande percentuale dei ribosomi si trovava in uno stato stabile ma inattivo. «Si può immaginare che le “fabbriche di proteine” della cellula siano state messe in una sorta di modalità di sospensione dalla quale non riescono più a risvegliarsi da sole», spiega il dott. Evangelos Karousis, autore principale dello studio e responsabile del gruppo di ricerca presso il DCBP dell’Università di Berna. «Le nostre osservazioni potrebbero spiegare perché alcune tossine ambientali o alcuni farmaci lasciano tracce a lungo termine nelle cellule», aggiunge.

Il nuovo studio mette in relazione diversi campi di ricerca: mostra come una tossina prodotta da funghi dei cereali interferisca con uno dei processi più fondamentali delle cellule umane, fornisce nuove informazioni sul funzionamento dei ribosomi e, al contempo, introduce un metodo per identificare in modo specifico le sostanze che influenzano la produzione proteica. «Molte malattie gravi sono associate alla produzione da parte delle cellule di proteine in quantità eccessiva, insufficiente o non corretta», afferma Karousis. «Se comprendessimo meglio come queste “fabbriche di proteine” possano essere rallentate o deliberatamente messe in uno stato di riposo, ciò potrebbe in ultima analisi contribuire allo sviluppo di nuovi trattamenti». L’Università di Berna è uno dei centri di punta nello sviluppo di metodi innovativi per l’analisi dei processi cellulari. La piattaforma di analisi ora presentata è un ottimo esempio di come i ricercatori di Berna creino strumenti che colleghino più strettamente la ricerca di base alle future applicazioni mediche. Come passo successivo, i ricercatori intendono indagare in quali condizioni i ribosomi «addormentati» possano essere riattivati e quanto sia diffuso questo particolare stato di riposo nelle cellule – ad esempio in caso di stress, malattia o esposizione ad altre tossine ambientali.