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Individuati 4000 geni coinvolti nel processo di endocitosi
I risultati del progetto ENDOTRACK potrebbero portare allo sviluppo di trattamenti e test diagnostici
Ricercatori finanziati dall'UE hanno utilizzato test di screening avanzati per individuare oltre 4.000 geni coinvolti nella endocitosi, il processo utilizzato per trasportare le sostanze dall'ambiente esterno verso l'interno delle cellule. I risultati, pubblicati sulla rivista Nature, potrebbero portare allo sviluppo di trattamenti e test diagnostici per una serie di malattie.
L'Unione europea ha supportato lo studio attraverso il progetto ENDOTRACK ("Tracking the endocytic routes of polypeptide growth factor receptor complexes and their modulatory role on signalling"), che ha ricevuto un finanziamento di 11 milioni di euro nell'ambito dell'area tematica "Scienze della vita, genomica e biotecnologie per la salute" del Sesto programma quadro (6° PQ).
Le cellule non hanno bocca, ma hanno bisogno di assumere sostanze dall'esterno; lo fanno attraverso l'endocitosi, ovvero la formazione di vescicole endocitiche nella membrana plasmatica. Queste vescicole - dette endosomi - convogliano poi le sostanze ingerite verso il citoplasma. L'endocitosi è coinvolta in molti processi vitali, tra cui l'assorbimento dei nutrienti, la segnalazione intracellulare, lo sviluppo, e la difesa immunitaria (le cellule immunitarie assorbono e scompongono gli agenti patogeni negli endosomi).
Le interruzioni nel processo di endocitosi sono state collegate a una serie di patologie, comprese le malattie infettive, le malattie cardiovascolari, il cancro, la corea di Huntington, il morbo di Alzheimer e il diabete.
La comprensione del meccanismo endocitico rimane, comunque, insufficiente. Per esempio, non sappiamo come le molecole segnalatrici raggiungono la corretta destinazione all'interno della cellula e trasmettono le loro informazioni.
Rimane altresì sconosciuto il modo in cui l'endocitosi è integrata nel sistema cellulare complessivo.
Nello studio in questione, scienziati in Germania e in Russia si sono basati su una serie di tecnologie avanzate per verificare il ruolo di ogni singolo gene umano, per determinarne il ruolo (se esiste) nell'endocitosi. "Abbiamo sviluppato una strategia nuova che unisce numerosi componenti in un unico sistema di analisi: uno schermo genomico RNAi [interferenza dell'acido ribonucleico], la microscopia ad alta risoluzione automatizzata, l'analisi dell'immagine e la potenza di calcolo multi-parametrica", ha spiegato il dottor Marino Zerial, direttore dell'Istituto Max Planck di biologia cellulare molecolare e genetica.
In primo luogo, gli scienziati hanno bloccato l'attività di tutti i 24.000 geni umani uno per uno. Il team ha poi usato sostanze fluorescenti per marcare due proteine che le cellule esaminate ingerivano tramite endocitosi. Il colorante fluorescente ha reso gli endosomi risultanti visibili alla microscopia ad alta risoluzione e al software per l'analisi delle immagini.
Gli esperimenti hanno prodotto una banca di oltre 2,5 milioni di immagini, ognuna delle quali doveva essere analizzata secondo una serie di 62 parametri riguardanti diversi aspetti dell'endocitosi. A tale scopo, il team ha utilizzato un supercomputer gestito dal Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen (ZIH) e dal Politecnico di Dresda, in Germania.
Lo studio ha identificato oltre 4.000 geni che sono direttamente o indirettamente coinvolti nell'endocitosi. Importanti scoperte includono il fatto che il blocco di alcuni geni risulta nell'arresto degli endosomi vicino alla parete cellulare, invece di essere trasportati al centro della cellula. Inoltre, sostanze diverse come i nutrienti e i fattori di crescita sembrano essere guidati a destinazioni da gruppi di geni diversi.
"I nostri risultati dimostrano che le cellule non individuano e ingeriscono le sostanze casualmente, trattandole tutte allo stesso modo", ha commentato il dottor Zerial. "Al contrario, ciò di cui hanno bisogno, quando e in che quantità, è definito in maniera ben precisa, e anche la destinazione all'interno della cellula".
Inoltre, si sa che molti dei geni esaminati nello studio sono anche coinvolti in alcune malattie umane. Ciò conferma il ruolo dell'endocitosi in queste patologie e fornisce nuovi obiettivi per lo sviluppo di farmaci.
Il passo successivo per il team è quello di testare il sistema di screening sulle cellule che simulano le varie patologie e disturbi umani. Questo rivelerà le potenzialità del sistema per la scoperta e lo sviluppo di nuovi farmaci.
Ivan Baines, direttore di servizi e strutture presso l'Istituto Max Planck di biologia cellulare molecolare e genetica, ha spiegato: "Se riusciremo a distinguere la tossicità dei farmaci come un'attività separata dalla loro efficacia - come suggerito dall'approccio di profiling quantitativo di questo studio - allora forse saremo in grado di scoprire farmaci migliori con meno effetti collaterali".
Approfondimenti: Istituto Max Planck di biologia cellulare molecolare e genetica Nature ENDOTRACK
Redazione (11/03/2010)
Pubblicato in Biochimica e Biologia Cellulare
Tag:
ENDOTRACK,
endocitosi,
endosomi,
membrana
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