Tutte le cellule utilizzano una serie di diversi meccanismi di controllo della qualità per garantire la funzionalità e la stabilità delle rispettive diversità proteiche. Gli esperti si riferiscono a questo processo come proteostasi. La proteostasi è composta dai due termini proteoma (totalità delle proteine che una cellula può produrre) e omeostasi (equilibrio). Idealmente, le proteine di una singola cellula sono sempre correttamente ripiegate e sempre presenti nella giusta quantità. Nonostante tutti i nostri nobili sforzi, il nostro corpo non riesce a garantire questo optimum. In questo articolo vi mostreremo che l'invecchiamento e alcune malattie associate all'età hanno a che fare con una perdita di proteostasi
Dal DNA attraverso la catena alla proteina
Prima di tutto, dobbiamo comprendere meglio la struttura molecolare delle proteine. Ogni proteina viene prodotta in modo simile. Il primo passo, noto anche come trascrizione , avviene nel nucleo della cellula e comporta la lettura e la trascrizione del progetto dal DNA - il nostro materiale genetico.
Questa informazione trascritta viene poi trasportata fuori dal nucleo cellulare e tradotta (traduzione). Ciò significa che il linguaggio del DNA viene tradotto in linguaggio proteico, cioè la proteina viene assemblata sulla base del progetto del DNA. In primo luogo, una proteina è quindi una lunga catena lineare di aminoacidi, simile a un filo di perle. Questa sequenza sciolta di aminoacidi è chiamata struttura primaria.
Per far sì che le proteine in struttura primaria possano iniziare il loro lavoro, devono ancora essere ripiegate, un processo molto complesso. Per prima cosa, ad esempio, la catena proteica può essere attorcigliata a formare una spirale, chiamata alfa-elica per la sua forma tipica. Questa forma è la più comune struttura secondaria. Attraverso ulteriori fasi di ripiegamento, le proteine raggiungono una forma tridimensionale, la struttura terziaria. In questo stato, si combinano e lavorano insieme ad altre proteine.
Lo sapevi Il primo amminoacido a essere scoperto fu la cistina nel 1810. Ci è voluto fino al 1953 perché un'intera proteina fosse decodificata nella sua sequenza aminoacidica (struttura primaria). Frederic Sanger è stato in grado di decodificare la sequenza aminoacidica di insulina .
Chaperoni - i chaperoni del nostro corpo
Si può notare dal diagramma che la sequenza di aminoacidi come struttura primaria non è sufficiente. Per svolgere i loro compiti, le proteine del nostro corpo hanno bisogno di diversi passaggi intermedi. È solo nella struttura terziaria che gli amminoacidi formano una struttura tridimensionale funzionale. È necessario molto lavoro prima che ci arrivino.
E' necessario creare nuove connessioni e formare ponti contenenti zolfo tra i singoli amminoacidi. L'intero processo diventa molto complesso ed è estremamente soggetto a errori. Basta un legame sbagliato e la proteina non è in grado di funzionare. Per questo motivo sono presenti nel nostro corpo diversi controlli di qualità per garantire che tutto sia corretto.
Uno di questi controlli di qualità sono gli accompagnatori. Se qualcuno si interessa di Inghilterra e di lingua, spesso il significato è già chiaro. Un piccolo suggerimento: viene spesso utilizzato nella serie di successo di Netflix "Bridgerton".
Una chaperone è quindi una donna più anziana che accompagna una più giovane come protettrice. Uno chaperone inglese è quindi qualcosa di simile a una proteina chaperonedell'organismo. Essa aiuta le nuove proteine a ripiegarsi o le proteine rotte a ripiegarsi di nuovo correttamente.
Lo sapevate Quante proteine ci sono al mondo? La complessità dell'architettura delle proteine è difficile da comprendere. Per questo motivo, gli scienziati hanno sviluppato un'intelligenza artificiale in grado di prevedere la forma tridimensionale di una proteina con un alto grado di probabilità. "AlphaFold" è stata in grado di prevedere 215 milioni di proteine e la loro struttura terziaria solo nel 2022. Il lavoro dei ricercatori del Bael è considerato uno dei più importanti degli ultimi anni, perché l'intelligenza artificiale potrà essere utilizzata per sviluppare più rapidamente farmaci e vaccini in futuro
La perdita della proteostasi - come si formano le proteine mal ripiegate
Tra il 40 e l'80% di tutte le proteine sono mal ripiegate e hanno bisogno di aiuto. Si tratta di un numero enorme. Ci sono diversi fattori che possono avere un effetto negativo sulla struttura delle proteine. Tra questi vi sono radiazioni ultraviolette, metalli pesanti, calore o etanolo. È quindi importante prestare attenzione ai relativi certificati, soprattutto per gli alimenti o gli integratori alimentari
Proteostasi: come il corpo si difende
La proteostasi coinvolge una serie di meccanismi nel tentativo di mantenere l'equilibrio. Per chiarezza, ci concentreremo su due dei meccanismi più importanti. In risposta a influenze ambientali dannose, la cellula produce un maggior numero di proteine della famiglia degli shock termici . Si tratta di proteine altamente resistenti che possono stabilizzare altre proteine in situazioni di stress cellulare. Questo avviene grazie all'interazione con glichaperoni
Se la stabilizzazione o il ripristino del corretto ripiegamento non hanno successo, le proteine sono inutilizzabili per il momento e devono essere smaltite. Ciò che l'impianto di incenerimento dei rifiuti o il centro di riciclaggio fanno per noi, il proteasoma lo fa nell'organismo. Insieme a una piccola proteina chiamata ubiquitina(Ub), la molecola spezzata viene etichettata più volte, degradata e scomposta nei singoli amminoacidi.
Tutti questi sistemi lavorano in modo coordinato per ripristinare o smaltire le proteine mal ripiegate . Ciò consente all'organismo di prevenire l'accumulo di componenti danneggiati e di garantire il continuo rinnovamento delle proteine intracellulari. Un'altra componente dello smaltimento dei rifiuti interni alle cellule è l'autofagia , che vi presenteremo in dettaglio come il 12° segno distintivo dell'invecchiamento
Questo per quanto riguarda la teoria. In pratica, purtroppo, non c'è alcuna garanzia che questi sofisticati meccanismi funzionino sempre. La parola chiave tempo ci porta già al punto successivo.
Lo sapevate? Ci sono diverse proteine da shock termico nel nostro corpo. Sono classificati in base al loro peso. Come suggerisce il nome, si attivano con il calore , tra le altre cose. Uno dei modi migliori per farlo sono le cabine a infrarossi o le saune. Un aumento della concentrazione di proteine da shock termico è associato a una serie di benefici per la salute.
In uno studio, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che livelli più elevati di Hsp70 erano in grado di ridurre il mediatore infiammatorio interleuchina-10 . Questo spiega perché la sauna può aiutare le infiammazioni come l'artrite.
Rughe - top per le proteine, flop in età avanzata
Quando pensiamo alle rughe come a un segno dell'età e quindi a un segno negativo, ora sappiamo che per le proteine è vero il contrario.
Molti studi hanno dimostrato che la proteostasi cambia con l'aumentare dell'età. L'accumulo cronico di proteine mal ripiegate o dispiegate contribuisce allo sviluppo di alcune malattie legate all'età, come il morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson e la cataratta. L'incidenza di queste patologie è in costante aumento a causa della crescente aspettativa di vita.
Anche la produzione di chaperoni in risposta allo stress è marcatamente ridottain età avanzata. Studi su modelli animali supportano l'ipotesi che la deplezione di chaperoni sia la causa di una durata di vita ridotta. I vermi e le mosche geneticamente modificati, ad esempio, che producono più chaperoni, sono particolarmente longevi. Nei ceppi di topi longevi è stata riscontrata anche un'upregulation di alcune proteine da shock termico.
Inoltre, studi su cellule di mammifero dimostrano che l'upregolazione di SIRT1 migliora la risposta allo shock termico . SIRT1 appartiene alla famiglia genetica delle sirtuine , che sono note come vie della longevità a causa dei numerosi effetti associati all'invecchiamento. Molti altri esperimenti e studi hanno fornito prove scientifiche del legame tra quantità di chaperoni e durata della vita, ma citarli tutti esula dallo scopo di questo articolo.
Proteostop
La ricerca medico-biologica ha già fatto molta luce sulla proteostasi, ma esistono modi concreti per fermare l'indebolimento della proteostasi dovuto all'età? In realtà, ci sono molti studi in merito.
Un approccio mira ad attivare la stabilità e il ripiegamento delle proteine mediato dai chaperoni . Nel modello murino, l'induzione farmacologica di una specifica proteina da shock termico ha preservato la funzione muscolare e rallentato la progressione di alcune malattie muscolari. Anche in altri organismi modello i ricercatori hanno utilizzato i chaperoni per migliorare i fenotipi legati all'età. I chaperoni del nostro corpo non sono solo gentildonne, ma anche combattenti in prima linea contro l'età .
Un altro punto di partenza è il proteasoma e altri meccanismi che servono a degradare le proteine rotte, poiché gli studi dimostrano che l'attività di questi sistemi diminuisce con l'aumentare dell'età. Questo è stato ottenuto con enzimi selezionati che hanno sviluppato il loro effetto all'interno di questa complessa via di segnalazione.
L'integrazione alimentare con spermidina ha attivato, ad esempio, il sistema di autofagia. Si tratta della degradazione delle strutture cellulari danneggiate (come le proteine). In termini semplificati, l'autofagia ha una funzione simile a quella del proteasoma che conosciamo.
