Il lavoro di ricerca pubblicato sulla rivista Cell è stato il lavoro di squadra di ricercatori della Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) e Forschungszentrum Julich, con la partecipazione della Heinrich Heine University Dusseldorf (HHU),
Il sistema delle proteine da shock fagico (Psp) è stato scoperto nei batteri circa 30 anni fa. A quel tempo, è stata identificata una risposta dei batteri Escherichia coli all’infezione da parte di virus speciali chiamati batteriofagi.
In seguito divenne chiaro che la loro funzione protettiva della membrana cellulare supera la risposta specifica all’infezione dei batteriofagi. Anche lo stress osmotico, il calore, le tossine cellulari oi difetti nell’involucro della membrana possono innescare la reazione allo stress.
“Oggi sappiamo che il sistema Psp viene attivato in risposta a vari tipi di stress di membrana. Tuttavia, diversi dettagli molecolari rimangono ancora intriganti”, ha spiegato il professor Dirk Schneider, capo del gruppo Membrane Proteins presso JGU. “Ecco perché abbiamo deciso di dare un’occhiata più da vicino alle proteine centrali del sistema Psp”.
Insieme al suo team, ha scoperto di recente come il rappresentante Psp IM30 forma una struttura protettiva simile a un tappetino in una membrana cellulare per affrontare lo stress della membrana.
Nel loro nuovo lavoro, gli scienziati hanno esaminato la proteina d’urto del fago A (PspA), che svolge un ruolo chiave nel sistema Psp. In particolare, utilizzando la microscopia crioelettronica, è diventato visibile come PspA forma lunghi tubi a forma di spirale che possono circondare una biomembrana nella cavità interna.
Le immagini ad alta risoluzione ora mostrano per la prima volta come la PspA dissolve localmente le singole membrane e poi le rimodella in unità più grandi o addirittura media la formazione di nuove strutture di membrana.
“Migliaia di elementi costitutivi di PspA possono essere assemblati per formare grandi strutture elicoidali. Pertanto, sono un oggetto di ricerca ideale per la nostra analisi strutturale microscopica crioelettronica”, ha affermato il professor Carsten Sachse di Forschungszentrum Julich e HHU Dusseldorf.
Gli studi sono stati condotti a Julich insieme al Dr. Benedikt Junglas, ex studente di dottorato del Professor Dirk Schneider alla JGU. Presso l’Ernst Ruska-Center for Microscopy and Spectroscopy with Electrons (ER-C), Forschungszentrum Julich gestisce alcuni dei più potenti microscopi elettronici in Europa e, recentemente, criomicroscopi per lo studio di campioni biologici congelati.
Al microscopio i ricercatori sono riusciti a riconoscere o – in gergo – a “risolvere” la struttura della PspA. La struttura di una proteina è essenziale per il suo funzionamento e un difetto nella struttura può compromettere la funzione della proteina.
“Al microscopio, abbiamo notato che la PspA ha una struttura simile alle proteine ESCRT-III, su cui il nostro laboratorio aveva già lavorato. Questa è stata una sorpresa totale e ha mostrato quanto sia importante chiarire in dettaglio le strutture proteiche”, ha affermato Sachse. . . “Dopo miliardi di anni, i due gruppi di proteine si sono differenziati geneticamente così tanto che le loro somiglianze potevano essere rilevate solo in base alla loro struttura”.
Le proteine ESCRT-III si trovano in tutti gli organismi viventi con un vero nucleo cellulare, comprese le cellule umane. Qui, i complessi proteici ESCRT-III sono coinvolti nel rimodellamento e nella riparazione della membrana cellulare, ma svolgono anche un ruolo chiave in molti altri processi cellulari. Nei batteri non erano note in precedenza proteine della famiglia ESCRT-III.
“Pertanto, PspA ed ESCRT-III appartengono allo stesso gruppo di proteine. Questi due svolgono compiti simili nelle membrane all’interno delle cellule”, ha detto Schneider.
“Sulla base delle proprietà strutturali e funzionali simili di PspA e delle proteine eucariotiche ESCRT-III, abbiamo identificato la PspA come un membro batterico della superfamiglia ESCRT-III delle proteine di rimodellamento della membrana conservata in modo evolutivo”, hanno scritto gli autori nel loro articolo per Cell.
