Ricerca

Strutura cellulare vitale dietro l’incorporazione del selenio nel corpo umano visto per la prima volta

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La ricerca dello scienziato Rutgers e di un team internazionale rivela strutture uniche in biologia

Uno scienziato della Rutgers fa parte di un team internazionale che ha determinato il processo per incorporare il selenio – un minerale traccia essenziale che si trova nel suolo, nell’acqua e in alcuni alimenti che aumenta gli effetti antiossidanti nel corpo – a 25 proteine ??specializzate, una scoperta che potrebbe aiutare a sviluppare nuove terapie per curare una moltitudine di malattie dal cancro al diabete.

La ricerca , dettagliata sulla rivista Science , include la descrizione più approfondita finora del processo mediante il quale il selenio arriva dove deve essere nelle cellule, che è cruciale per molti aspetti della biologia cellulare e dell’organismo. In primo luogo, il selenio è incapsulato all’interno della selenocisteina (Sec), un aminoacido essenziale. Quindi, Sec viene incorporato in 25 cosiddette selenoproteine, tutte fondamentali per una serie di processi cellulari e metabolici.

Comprendere il funzionamento di questi meccanismi vitali in modo così dettagliato è fondamentale per lo sviluppo di nuove terapie mediche, secondo ricercatori tra cui Paul Copeland, professore presso il Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare presso la Rutgers Robert Wood Johnson Medical School .

“Questo lavoro ha rivelato strutture che non erano mai state viste prima, alcune delle quali sono uniche in tutta la biologia”, ha affermato Copeland, autore dello studio.

Copeland e il team sono stati in grado di visualizzare i meccanismi cellulari utilizzando un microscopio crioelettronico specializzato, che utilizza fasci di elettroni anziché luce per formare immagini tridimensionali di complesse formazioni biologiche a una risoluzione quasi atomica. Il processo utilizza campioni congelati di complessi molecolari e quindi applica una sofisticata elaborazione delle immagini, utilizzando la vasta potenza di calcolo odierna per mettere insieme migliaia di immagini per produrre sezioni trasversali tridimensionali e persino animazioni in stop-motion che trasmettono un senso di movimento all’interno delle biomolecole. Di conseguenza, gli scienziati possono visualizzare rappresentazioni dell’intricata struttura di proteine ??e altre biomolecole e persino di come queste strutture si muovono e cambiano mentre funzionano come “macchine” cellulari.

L’incorporazione del selenio avviene in profondità all’interno dell’intricato macchinario di una singola cellula. Gli scienziati sapevano già quali proteine ??e molecole di RNA, un acido nucleico presente in tutte le cellule coinvolte nella produzione di proteine, consentivano il processo. Tuttavia, non sono stati in grado di discernere il passaggio critico di come questi fattori funzionassero in tandem per completare il ciclo, dettando la funzione del ribosoma della cellula, una grande macchina macromolecolare che lega l’RNA per produrre più proteine. Quello che hanno scoperto è che i processi che si verificano non sono come quelli che si pensa abbiano luogo in qualsiasi altra parte del corpo umano.

“Questo amminoacido si lega a una molecola di RNA unica e questa deve essere trasportata al ribosoma tramite un fattore proteico unico”, ha affermato Copeland, il cui laboratorio ha trascorso gli ultimi 20 anni a lavorare per capire come funzionano queste biomolecole a livello biochimico. “E tutto questo si è evoluto negli esseri umani in modo specifico per consentire l’incorporazione del selenio in questa manciata di proteine”.

human cells in a blue background, 3d illustration

Una volta che Sec è nascosto nelle selenoproteine, le proteine ??svolgono un’ampia gamma di funzioni vitali necessarie per la crescita e lo sviluppo. Producono nucleotidi, i mattoni del DNA. Distruggono o immagazzinano il grasso per produrre energia. Creano membrane cellulari. Producono l’ormone tiroideo, che controlla il metabolismo del corpo umano. E rispondono a quello che è noto come stress ossidativo disintossicando i sottoprodotti chimicamente reattivi nelle cellule.

Malattie e disturbi come cancro, malattie cardiache, infertilità maschile, diabete e ipotiroidismo possono insorgere quando la produzione di selenoproteine ????viene interrotta.

“Capire il meccanismo con cui viene incorporato Sec è una parte fondamentale dello sviluppo di nuove terapie per una moltitudine di stati patologici”, ha affermato Copeland.

Lo studio è stato condotto da scienziati dell’Institute for Medical Physics and Biophysics di Berlino, in Germania, del Max Planck Institute for Molecular Genetics di Berlino, in Germania, e dell’Università dell’Illinois a Chicago a Chicago, Ill.

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