I biologi possono lavorare anche per anni per trovare un modello che spieghi le loro osservazioni. Una volta che ci riescono, e si arriva a un modello che spiega con successo i dati disponibili, gli autori lo annunciano, il resto del campo lo accetta e lo utilizza, e tutti passano alla serie successiva di domande. Tutto questo va benissimo, se non fosse che pochissimi modelli biologici sono completi fino al dettaglio molecolare: i biologi non sono sempre interessati a spingere la loro comprensione fino a tale livello. Per esempio, una volta dimostrato che due molecole interagiscono, spesso non cercano di scoprire come lo facciano. Pertanto, a volte si verifica una situazione in cui la ricerca in un particolare campo della biologia va avanti, ma nessuno ha realmente compreso i fatti molecolari alla base della biologia spiegata dal modello attuale.
Questo è esattamente ciò che è accaduto nel campo del controllo di qualità del ripiegamento e della degradazione delle glicoproteine. Una glicoproteina è una proteina legata a zuccheri, una grande risorsa quando una proteina deve funzionare nell’ambiente extracellulare. Le glicoproteine nascenti iniziano la loro vita in un organello chiamato reticolo endoplasmatico (ER), una sorta di palestra in cui possono fare esercizio e acquisire la loro forma per progredire poi verso la secrezione solo una volta maturate. Circa un quarto del genoma umano codifica per glicoproteine secrete e non sorprende che il controllo della qualità del ripiegamento delle glicoproteine sia centrale in campi medici come il cancro, le malattie rare ereditarie e la virologia. Ari Helenius e collaboratori hanno capito nel 1994 che un enzima chiamato UGGT è in grado di riconoscere le glicoproteine difettose e di segnalarle per la ritenzione nel reticolo endoplasmatico. Nel 1996, Jeffrey Brodsky e collaboratori hanno compreso come le glicoproteine mal ripiegate in modo terminale vengano inviate a un proteasoma citosolico per essere degradate. Nel 2001, Kazuhiro Nagata e collaboratori hanno scoperto che un enzima chiamato EDEM è responsabile del riconoscimento dei misfold terminali e del loro invio alla degradazione. Tuttavia, a tutt’oggi, nessuno comprende realmente alcuni aspetti importanti del controllo di qualità delle glicoproteine nell’ER (ripiegamento e degradazione). In particolare mancano i dettagli necessari per la sintesi di farmaci che modulino l’attività di UGGT ed EDEM, da utilizzare come antivirali, chemioterapici o per il trattamento di pazienti affetti da malattie rare ereditarie. Ad esempio, cosa significa esattamente che una glicoproteina è mal ripiegata e come fa UGGT a riconoscerla come tale? In che modo l’EDEM riconosce le glicoproteine mal ripiegate in modo terminale? UGGT e EDEM sono in competizione per i loro substrati? In tal caso, come fa una glicoproteina mal ripiegata a scegliere il percorso al bivio tra la ritenzione in ER e la degradazione? E così via.
Dieci anni fa abbiamo iniziato a lavorare per chiarire queste e altre domande simili, prima all’Università di Oxford (2013-2018) e poi all’Università di Leicester (2018-2021). Nel 2017 abbiamo determinato le prime strutture cristalline di un’UGGT. Le nostre strutture di UGGT suggeriscono che la mobilità conformazionale è importante per il riconoscimento dei misfold. Abbiamo anche scoperto in modo fortuito che UGGT agisce su sé stessa – il che sembra implicare che UGGT stessa sia evoluta per non ripiegarsi mai completamente! Se questo è vero, UGGT è come la carta moschicida per le glicoproteine mal ripiegate. Forse quando si tratta di glicoproteine mal ripiegate – chi lo dice sa di esserlo! Dal 2021 siamo passati all’IBBA CNR di Milano, dove stiamo tracciando la prima struttura Cryo-EM di una EDEM. UGGT e EDEM sono importanti per la biologia agraria perché contribuiscono alle risposte della pianta e degli animali al calore e alla siccità. La nostra struttura dell’EDEM suggerisce che si tratta di un enzima redox. Stiamo verificando se le proprietà che abbiamo scoperto in UGGT e in EDEM siano condivise da entrambe: UGGT ha attività redox? L’EDEM agisce su sé stessa? In caso affermativo, avremo scoperto una combinazione di chimica redox e accoppiamento misfold-misfold come determinanti molecolari del riconoscimento delle glicoproteine mal-piegate nell’ER. I risultati del nostro lavoro – al di là della comprensione di meccanismi di biologia di base – hanno il potenziale di porre le basi per la sintesi di antivirali, anti-cancro e farmaci per la cura di pazienti che soffrono di malattie rare ereditarie, oltre che rendere possibile la generazione di piante che resistono a siccità e calore.
Autore: Pietro Roversi
