Ado: un nuovo enzima che controlla e regola la percezione e l’utilizzo dell’ossigeno nell’uomo

L’università di Pisa, in collaborazione con la Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e l’università di Oxford, ha scoperto e osservato l’esistenza di un sistema biomolecolare comune a piante e animali, che controlla la percezione dell’ossigeno attraverso un sistema di degradazione di proteine di segnalazione cellulare.

 

Immagine di un enzima elaborata al computer

Il team di ricercatori ha scoperto questo sistema enzimatico adibito alla percezione dell’ossigeno in organismi animali e vegetali, presente anche nell’uomo. Sia piante che animali utilizzano questo elemento per immagazzinare l’energia, sotto forma di energia chimica attraverso i processi della respirazione cellulare, quindi un’abbondanza o scarsità di ossigeno può modificare e alterare i normali processi metabolici e fisiologici di un organismo. Entrambi sfruttano quindi dei gradienti di ossigeno come segnale per guidare processi di sviluppo ad esempio la crescita delle foglie nelle piante o l’angiogenesi (moltiplicazione dei vasi sanguigni) negli animali.

Il ruolo dell’ossigeno negli organismi animali e vegetali

La respirazione cellulare è un lento processo di combustione nel quale i nutrienti, ridotti dalla digestione a componenti elementari come gli zuccheri semplici (monosaccaridi), acidi grassi e amminoacidi, vengono demoliti in molecole ancora più semplici, ottenendo energia chimica disponibile e utilizzabile dalla cellula sotto forma di ATP. È un processo di ossidoriduzione, una combustione controllata, che fa parte di una catena di reazioni i cui i prodotti di ogni passaggio sono utilizzati come reagenti per il passaggio successivo.

Comunemente per respirazione cellulare si intende la respirazione cellulare aerobica, che avviene in presenza di ossigeno, utilizzato come accettore finale di elettroni. La forma più importante di respirazione cellulare anaerobica (in assenza di ossigeno), comune a procarioti ed eucarioti, è la glicolisi. Si tratta di una via metabolica  che costituisce il modo in cui dal glucosio viene ottenuto il piruvato utilizzato nella fase aerobica.

Il termine respirazione cellulare è in relazione col noto processo macroscopico della respirazione polmonare, che negli organismi superiori ha la funzione di ottenere l’ossigeno necessario al processo cellulare ed eliminare l’anidride carbonica, ottenuta come prodotto di scarto assieme all’acqua.

Ado, il nuovo enzima scoperto che controlla la percezione dei livelli di ossigeno

Questo gruppo di ricerca internazionale ha osservato e individuato la presenza e l’attività di un enzima che utilizza ossigeno molecolare come substrato, in grado di controllare l’abbondanza e quindi l’attività di regolatori cruciali di una gamma di risposte cellulari. Confrontando tra loro modelli animali e vegetali, i ricercatori hanno scoperto l’esistenza di un interruttore molecolare, l’enzima Ado, che incorpora ossigeno nell’estremità iniziale di proteine contenenti l’amminoacido cisteina. Questa reazione conduce alla degradazione di tali proteine in condizioni aerobiche, mentre è inibita in ipossia (carenza di ossigeno).
Pertanto, Ado svolge identica funzione all’enzima di pianta Pco (Plant Cysteine Oxidase): è incredibile notare come piante e animali così lontane da un punto di vista evolutivo sfruttino spesso sistemi di regolazione di risposte cellulari simili tra loro. Questa scoperta apre nuove porte in ambito terapeutico, in particolare riguardanti un nuovo approccio nel trattamento di tumori e stati infiammatori.

Infatti Ado rappresenta un bersaglio completamente nuovo per il trattamento farmacologico di disturbi tumorali e infiammatori. Fra i target di Ado, è stata identificata la proteina RGS4, coinvolta nella segnalazione ormonale, nella neurotrasmissione e nello sviluppo del miocardio, e l’Interleuchina IL-32, una citochina atipica che regola risposte infiammatorie e fattori angiogenici. Le piante e l’uomo hanno necessità di sapere quanto ossigeno respirano e hanno a disposizione e se il tessuto è carente di ossigeno, sia le piante sia gli animali hanno un’attrezzatura per capire e prendere provvedimenti. In questo nuovo studio si è dimostrato che l’uomo, e probabilmente tutti gli animali, hanno un secondo sistema, aggiuntivo rispetto a HIF-1 (in condizioni di ridotta disponibilità di ossigeno regola l’espressione dei geni che mediano le risposte adattive), basato sull’enzima Ado, che è identico a quello delle piante. Tanto che l’enzima umano, messo al posto di quello delle piante, si è dimostrato capace di sostituirlo.

 

 

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