Tutte le cellule utilizzano una varietà di diversi meccanismi di controllo della qualità per garantire la funzionalità e la stabilità della rispettiva diversità proteica. Gli esperti chiamano questo processo proteostasi. La proteostasi è composta dai due termini proteoma (l'insieme delle proteine che una cellula può produrre) e omeostasi (equilibrio). Nel caso ottimale, le proteine in una singola cellula sono sempre ripiegate correttamente e sempre presenti nella giusta quantità. Nonostante tutti i nobili sforzi, il nostro corpo non riesce a garantire questo ottimale. In questo articolo ti mostreremo cosa c'entra l'invecchiamento e alcune malattie legate all'età con la perdita di proteostasi .
Dal DNA alla catena alla proteina
Per prima cosa dobbiamo comprendere meglio la struttura molecolare delle proteine. Ogni proteina è prodotta in modo simile. Il primo passo, noto anche come trascrizione, avviene nel nucleo della cellula e significa leggere e copiare il progetto dal DNA – il nostro materiale genetico.
Queste informazioni trascritte vengono quindi trasportate fuori dal nucleo cellulare, così come la traduzione (Traduzione). Ciò significa che il linguaggio del DNA viene tradotto in linguaggio delle proteine , cioè la proteina viene assemblata in base al modello del DNA. Innanzitutto una proteina è una lunga catena lineare di aminoacidi, simile ad un filo di perle. Questa sequenza libera di amminoacidi è chiamata struttura primaria.
Affinché le proteine nella struttura primaria possano ora iniziare il loro lavoro, devono ancora essere ripiegate, il che è un processo molto complesso. In primo luogo, la catena proteica può essere attorcigliata, ad esempio, creando una spirale, chiamata alfa elica per la sua forma tipica. Questa forma è la struttura secondaria più comune. Attraverso ulteriori fasi di ripiegamento, le proteine raggiungono una forma tridimensionale: la struttura terziaria. In questo stato si combinano e lavorano con altre proteine.
Lo sapevi? Il primo amminoacido ad essere scoperto fu la cistina nel 1810. Ci volle fino al 1953 perché un'intera proteina venisse decodificata nella sua sequenza di aminoacidi (struttura primaria). Frederick Sanger è riuscito a decifrare la sequenza aminoacidica dell' insulina .
Chaperones – gli accompagnatori del nostro corpo
Dal diagramma puoi vedere che la sequenza aminoacidica come struttura primaria non è sufficiente. Affinché le proteine del nostro corpo possano svolgere il loro lavoro, necessitano di alcuni passaggi intermedi. Solo nella struttura terziaria gli aminoacidi formano una struttura tridimensionale funzionale. Ci vuole molto lavoro per arrivarci.
devono essere create nuove connessioni e si formano ponti contenenti zolfo tra i singoli amminoacidi. Il tutto diventa molto complesso ed estremamente soggetto a errori. Un legame sbagliato e la proteina non è più funzionale. Ecco perché ci sono diversi controlli di qualità nel nostro corpo che dovrebbero garantire che tutto sia corretto.
Uno di questi controlli di qualità sono i Chaperon. Se qualcuno è interessato all'Inghilterra e alla lingua, spesso il significato è già chiaro. Un piccolo consiglio: viene spesso utilizzato nella fortunata serie Netflix “Bridgerton”.
Un'accompagnatrice è quindi una donna anziana che accompagna una più giovane come protettrice. Un accompagnatore inglese è qualcosa come una proteina della modestia nel corpo. Da un lato, aiuta le nuove proteine a ripiegarsi o le proteine rotte a ripiegarsi nuovamente correttamente.
Sapevi? Quante proteine ci sono nel mondo? La complessità dell'architettura proteica è difficile da comprendere. Per questo motivo gli scienziati hanno sviluppato un’intelligenza artificiale in grado di prevedere con elevata probabilità la forma tridimensionale di una proteina. “AlphaFold” è stato in grado di prevedere 215 milioni di proteine e la loro struttura terziaria solo nel 2022. Il lavoro dei ricercatori di Bael è considerato uno dei più importanti degli ultimi anni, perché con l'aiuto dell'intelligenza artificiale in futuro si potranno sviluppare più rapidamente farmaci e vaccini.
Perdita di proteostasi: come si verificano le proteine mal ripiegate?
Tra il 40 e l'80% di tutte le proteine sono piegate in modo errato e necessitano di aiuto. Questo è un numero enorme. Ci sono alcuni fattori che possono influenzare negativamente la struttura delle proteine. Questi includono radiazioni ultraviolette, metalli pesanti, calore o etanolo. Soprattutto quando si tratta di alimenti o integratori alimentari è quindi importante prestare attenzione ai certificati appropriati.
Queste influenze ambientali influenzano le nostre proteine così come il nostro DNA. Inoltre, lo stress ossidativo - comunemente noto come eccesso di radicali liberi - influisce sull'equilibrio proteico. Come se ciò non bastasse, c'è anche lo ER stress.
ER sta per reticolo endoplasmatico, una struttura in ciascuna delle nostre cellule la cui funzione potrebbe essere descritta come un centro logistico. Questo centro logistico può essere sovraccarico a causa dell'elevata domanda e le merci non possono più essere consegnate correttamente. Cosa c'è su Amazon, Alibaba e co. causerebbe molti problemi, è anche pericoloso per la cellula. Tutte le influenze menzionate possono sviluppare proteine e quindi renderle inutilizzabili.
Proteostasi – come il corpo si difende
La proteostasi comprende diversi meccanismi nel tentativo di mantenere l'equilibrio. Per motivi di chiarezza, focalizziamo la nostra attenzione su due dei meccanismi più significativi. In risposta agli influssi ambientali dannosi, la cellula produce quantità maggiori di proteine della famiglia dello shock termico. Si tratta di proteine molto resistenti che possono stabilizzare altre proteine in situazioni di stress cellulare. Lo fanno in interazione con accompagnatori.
Se la stabilizzazione o il ripristino del corretto ripiegamento non ha esito positivo, le proteine sono inizialmente inutilizzabili e devono essere smaltite. Ciò che fa per noi l'impianto di incenerimento dei rifiuti o il centro di riciclaggio, viene fatto nel corpo dal proteasoma. Insieme a una piccola proteina chiamata Ubiquitina (Ub), la molecola rotta viene marcata più volte, scomposta e scomposta nei singoli amminoacidi.
Tutti questi sistemi funzionano in modo coordinato per ripristinare o eliminare 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 altro componente del nostro smaltimento dei rifiuti all'interno delle cellule è autofagia, che ti descriviamo come 12. Introdurre il segno distintivo dell'invecchiamento in modo più dettagliato.
Questo per quanto riguarda la teoria. Sfortunatamente, nella pratica non vi è alcuna garanzia che questi sofisticati meccanismi funzionino in ogni momento. La parola chiave tempo ci porta al punto successivo.
Sapevi che? Ci sono diverse proteine da shock termico nel nostro corpo. Sono classificati in base al loro peso. Come suggerisce il nome, vengono attivati, tra le altre cose, dal calore. Uno dei modi migliori per farlo è cabine a infrarossi o sessioni di sauna. L’aumento della concentrazione delle proteine da shock termico è associato a numerosi benefici per la salute.
In uno studio i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che livelli più elevati di Hsp70 potrebbero ridurre il mediatore infiammatorio interleuchina-10. Questo spiega ai ricercatori perché la sauna può aiutare contro infiammazioni come l'artrite.
Rughe – top con proteine, flop in vecchiaia
Mentre nel nostro immaginario le rughe sono un segno dell'età e quindi hanno un impatto piuttosto negativo, con le proteine, come ormai sappiamo, la situazione è esattamente opposta.
Molti studi hanno dimostrato che la proteostasi cambia con l'aumentare dell'età. L' accumulo cronico di proteine mal ripiegate o non ripiegate contribuisce allo sviluppo di alcune malattie legate all'età come il morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson e la cataratta. La frequenza di queste patologie è in costante aumento a causa dell’aumento dell’aspettativa di vita.
Anche la produzione di accompagnatori in risposta allo stress viene notevolmente ridotta con l'età. Studi su modelli animali supportano l’ipotesi che la perdita degli accompagnatori sia la causa di una ridotta durata della vita. I vermi e le mosche geneticamente modificati, ad esempio, che producono livelli più elevati di accompagnatori, sono particolarmente longevi. La sovraregolazione di alcune proteine da shock termico è stata riscontrata anche in ceppi di topi a vita lunga.
Inoltre, studi su cellule di mammifero mostrano che la sovraregolazione di SIRT1 migliora la risposta allo shock termico. SIRT1 appartiene alla famiglia genetica delle sirtuine, denominata percorsi della longevità a causa dei numerosi gli effetti associati all'invecchiamento diventano. Molti altri esperimenti e studi hanno fornito prove scientifiche della connessione tra i livelli di chaperone e la durata della vita, ma nominarli tutti va oltre lo scopo di questo articolo.
Proteostop
La ricerca medico-biologica ha già svolto molto lavoro educativo sulla proteostasi, ma esistono già solidi punti di partenza per fermare l'indebolimento della proteostasi legato all'età?? In effetti, ci sono molti studi a riguardo.
Un approccio mira ad attivare la stabilità e il ripiegamento delle proteine mediate da chaperone. In un 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. In altri organismi modello, i ricercatori hanno utilizzato anche accompagnatori e quindi hanno migliorato i fenotipi legati all'età. Le accompagnatrici del nostro corpo non sono solo gentildonne, ma anche combattenti in prima linea contro la vecchiaia.
Un altro punto di partenza è il proteasoma e altri meccanismi che distruggono le proteine rotte, perché gli studi dimostrano che l'attività di questi sistemi diminuisce con l'aumentare dell'età. Ciò è stato ottenuto con enzimi selezionati che hanno sviluppato il loro effetto all'interno di questa complessa via di segnalazione.
Un integratore alimentare con spermidina , ad esempio, ha attivato il sistema autofagico. Ciò significa la rottura delle strutture cellulari danneggiate (come le proteine). Per dirla semplicemente, la funzione dell'autofagia è simile al proteasoma che conosciamo.
Rughe – top con proteine, flop in vecchiaia
Mentre nel nostro immaginario le rughe sono un segno dell'età e quindi hanno un impatto piuttosto negativo, con le proteine, come ormai sappiamo, la situazione è esattamente opposta.
Molti studi hanno dimostrato che la proteostasi cambia con l'aumentare dell'età. L' accumulo cronico di proteine mal ripiegate o non ripiegate contribuisce allo sviluppo di alcune malattie legate all'età come il morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson e la cataratta. La frequenza di queste patologie è in costante aumento a causa dell’aumento dell’aspettativa di vita.
Anche la produzione di accompagnatori in risposta allo stress viene notevolmente ridotta con l'età. Studi su modelli animali supportano l’ipotesi che la perdita degli accompagnatori sia la causa di una ridotta durata della vita. I vermi e le mosche geneticamente modificati, ad esempio, che producono livelli più elevati di accompagnatori, sono particolarmente longevi. La sovraregolazione di alcune proteine da shock termico è stata riscontrata anche in ceppi di topi a vita lunga.
Inoltre, studi su cellule di mammifero mostrano che la sovraregolazione di SIRT1 migliora la risposta allo shock termico. SIRT1 appartiene alla famiglia genetica delle sirtuine, denominata percorsi della longevità a causa dei numerosi gli effetti associati all'invecchiamento diventano. Molti altri esperimenti e studi hanno fornito prove scientifiche della connessione tra i livelli di chaperone e la durata della vita, ma nominarli tutti va oltre lo scopo di questo articolo.
Proteostop
La ricerca medico-biologica ha già svolto molto lavoro educativo sulla proteostasi, ma esistono già solidi punti di partenza per fermare l'indebolimento della proteostasi legato all'età?? In effetti, ci sono molti studi a riguardo.
Un approccio mira ad attivare la stabilità e il ripiegamento delle proteine mediate da chaperone. In un 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. In altri organismi modello, i ricercatori hanno utilizzato anche accompagnatori e quindi hanno migliorato i fenotipi legati all'età. Le accompagnatrici del nostro corpo non sono solo gentildonne, ma anche combattenti in prima linea contro la vecchiaia.
Un altro punto di partenza è il proteasoma e altri meccanismi che distruggono le proteine rotte, perché gli studi dimostrano che l'attività di questi sistemi diminuisce con l'aumentare dell'età. Ciò è stato ottenuto con enzimi selezionati che hanno sviluppato il loro effetto all'interno di questa complessa via di segnalazione.
Un integratore alimentare con spermidina , ad esempio, ha attivato il sistema autofagico. Ciò significa la rottura delle strutture cellulari danneggiate (come le proteine). Per dirla semplicemente, la funzione dell'autofagia è simile al proteasoma che conosciamo.
