SPECIALE OTTOBRE – Se pensate che vincere il premio Nobel sia il momento più eccitante nella carriera di uno scienziato vi sbagliate. «Certo lo è, ma il momento in cui ci si rende conto di aver fatto una scoperta fondamentale per la scienza, universalmente accettata, lo è ancora di più». Lo ha rivelato ieri alla Tv svedese, James E. Rothman, dell’Università di Yale, uno dei tre scienziati vincitori del premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina 2013. Insieme a lui a ricevere il prestigioso riconoscimento sono stati Randy W. Schekman, dell’Università della California, Berkeley, e Thomas C. Südhof , dell’Università di Stanford in California, per avere chiarito il meccanismo che regola il traffico vescicolare, un processo usato dalle cellule per trasportare materiale. Una ricerca di base che spiega un meccanismo fisiologico, ma importante anche per chiarire la natura di alcune malattie genetiche.
Ogni cellula è fatta di vari compartimenti che comunicano fra loro e con l’esterno, e questa comunicazione è garantita proprio dalle vescicole: dei “sacchetti” che al loro interno trasportano materiale molecolare. La straordinarietà di questo sistema è la precisione con cui le vescicole si dirigono esattamente nel posto dove devono andare, al momento giusto. Grazie soprattutto ad alcune molecole che hanno il compito di indirizzarle nel loro percorso, come un “vigile urbano” che regola il traffico. «Queste molecole non solo guidano le vescicole ma gli permettono di staccarsi dal compartimento donatore e fondersi con quello accettore» racconta a Oggiscienza Antonella De Matteis che all’Istituto Telethon di genetica e medicina (Tigem) di Napoli studia alcune malattie genetiche causate dal disfunzionamento di questo sistema di trasporto.
A Rothman si deve proprio la scoperta di un complesso proteico che permette ai “sacchetti” trasportatori di cargo, di fondersi con le membrane di destinazione. Questo complesso, che si trova sulle vescicole, ha il compito di riconoscere altre proteine complementari situate sulla membrana bersaglio, e di legarsi ad esse, garantendo che la vescicola si fonda con il compartimento accettore e che le molecole cargo siano consegnate al posto giusto. «Le due membrane devono potersi fondere perché il contenuto della vescicola si riversi all’interno dello scomparto accettore» continua De Matteis. «Ma le membrane sono fatte da un doppio strato di lipidi – sia quella esterna che ricopre la cellula, sia tutti i comportamenti intracellulare – e la fusione di questi due strati identici non è un evento spontaneo né favorevole dal punto di vista energetico. Per questo ci vuole un macchinario che favorisca il processo: che è appunto quello scoperto da Rothman».
A Schekman invece si deve la scoperta dei geni che codificano per le proteine regolatrici del traffico vescicolare nel lievito. Risultato ottenuto confrontando una cellula normale con una mutata in cui il traffico era alterato. In questo modo è riuscito ha identificato i geni coinvolti nel trasporto delle vescicole tra i vari compartimenti e verso la membrana esterna della cellula. Sorprendentemente molti dei geni scoperti nel lievito sono conservati negli organismi superiori, compreso l’uomo. Infine Südhof, che si è occupato per lo più di studiare la comunicazione tra i neuroni, ha scoperto la presenza di un macchinario molecolare in grado di innescare la fusione delle vescicole in presenza di ioni calcio. Aggiungendo un importante tassello alla comprensione della precisione temporale con cui questo fenomeno avviene.
«Tutto il processo è regolato da una complessa macchina composta da più proteine che lavorano insieme – spiega De Matteis – proprio come una macchina composta da vari elementi. E il corretto funzionamento del sistema di trasporto vescicolare ha un’importanza fisiologica rilevante per l’organismo, perché regola molti processi fondamentali. Un esempio è la secrezione degli ormoni nel sangue, che vengono prodotti all’interno della cellula, nel reticolo endoplasmatico, impacchettati dentro le vescicole e indirizzati verso le membrana cellulare. Arrivati a destinazione la vescicola di fonde con la parete cellulare che separa la cellula dall’ambiente esterno e rilascia gli ormoni al di fuori. Un altro esempio di traffico in uscita o esocitosi è la secrezione di neurotrasmettitori: a livello delle sinapsi vengono secreti dal neurone grazie al traffico vescicolare e passano l’informazione da un neurone all’altro». Il processo ovviamente funziona anche al contrario con un traffico di molecole che dall’esterno entrano dentro la cellula (endocitosi). «Come le cellule intestinali che devono riassorbire alcune sostanze o quelle renali che devono evitare che si perdano molecole importanti con le urine. È anche il modo con cui le cellule captano le sostanze nutritizie e quello con cui i macrofagi incapsulano i batteri, neutralizzandoli».
Essendo un meccanismo complesso che coinvolge più componenti, va da sé che se anche solo uno di questi si inceppa il sistema funziona male. Così una mutazione del gene che codifica per uno qualsiasi di questi componenti – che altro non sono che proteine – può causare un “guasto” alla macchina. La conseguenza sono malattie in cui ci sono problemi di secrezione o di endocitosi. «Con Telethon abbiamo pubblicato risultati importanti sulla sindrome di Lowe in cui a essersi inceppato è il macchinario di endocitosi nel rene» conclude la ricercatrice del Tigem. «In altre invece a funzionare male è il traffico in uscita, per cui, per esempio, il collagene, che è un’importante proteina delle cartilagini, non viene più secreto e si ha una displasia delle cartilagini». O ancora un mal funzionamento di questo sistema può causare, tra le tante malattie, distrofia muscolare, epilessia e altri disturbi cerebrali come demenza o schizofrenia. Per questo sapere esattamente come funziona il meccanismo vescicolare e conoscere le mutazioni geniche che ne causano un’alterazione, possono aiutare i ricercatori a comprendere le cause di alcune malattie e studiarne una cura.
