Proteina come interruttore salvavita: “scatta” quando manca l’ossigeno

L’indagine dell’Università di Pisa e della Scuola Sant’Anna sulla proteina “salvavita” in caso di mancanza di ossigeno

PISA. Tutto dipende da una singola proteina che fa da “interruttore” quando l’ossigeno viene a mancare e c’è da inventarsi qualcosa per innescare una reazione di difesa da parte delle cellule: è un «meccanismo  comune a piante animali, esseri umani compresi». L’ha scoperto uno studio internazionale che vede protagonisti l’Università di Pisa e, sempre in ambito pisano, la Scuola Superiore Sant’Anna: insieme a loro, l’Università di Oxford. La ricerca – che è stata pubblicata su “Pnas” – ha individuato l’ “ingranaggio”  molecolare che entra in funzione nei primissimi minuti di ipossia, cioè di carenza di ossigeno, come reazione per provare in extremis a escogitare un qualcosa che consenta di sopravvivere.

Quando l’ossigeno diminuisce, la capacità di reagire rapidamente è decisiva. Nelle piante questo primo segnale è affidato a una famiglia di enzimi, le “plant cysteine oxidases” (Pco): il loro funzionamento è paragonabile a quello di “sensori molecolari” in grado di schierare i geni necessari per adattarsi allo stress. Tutti gli altri meccanismi di risposta (già noti) intervengono solo successivamente: è questo “innesco” iniziale a determinare quanto risulterà efficace la reazione. Per quanto riguarda l’analogo meccanismo che entra in azione negli esseri umani, stiamo parlando dell’enzima “Ado”, omologo funzionale delle “Pco” vegetali, che contribuisce alla percezione dell’ossigeno nei tessuti.

Come chiarisce Beatrice Giuntoli, prof del dipartimento di Biologia dell’università di Pisa, tra le autrici dello studio: «Abbiamo dimostrato che l’avvio della risposta all’ipossia dipende da un unico circuito molecolare basato su una proteina. Proprio come un interruttore: nei primi minuti le cellule capiscono che manca ossigeno e attivano subito le difese». Aggiungendo poi: «La cosa più interessante è che questo “innesco” molecolare non è esclusivo delle piante. Una proteina molto simile è presente anche nell’uomo e partecipa ai meccanismi con cui le cellule percepiscono le variazioni di ossigeno». Per la studiosa dell’ateneo pisano questo non è l’unico sistema negli esseri umani: ma «in alcuni tessuti – avverte – potrebbe avere un ruolo importante e con tempistiche molto rapide, analoghe a quelle che osserviamo nelle piante».

L’innovazione della ricerca ha un risvolto pure dal punto di vista metodologico. Giuntoli tiene a mettere in evidenza che «per isolare e studiare questo meccanismo nella sua forma essenziale abbiamo utilizzato un approccio innovativo di biologia sintetica». Come? Detto in sintesi, è stato “trapiantato” in cellule di lievito il circuito molecolare dalle piante: è «un organismo che naturalmente non possiede questo sistema e così abbiamo potuto osservare direttamente il comportamento del circuito senza interferenze e dimostrare che è sufficiente, da solo, ad avviare la risposta all’ipossia».

L’esperimento – viene fatto rilevare – ha mostrato che la risposta si attiva in tempi rapidissimi, nell’ordine di cinque minuti: è la conferma che i primissimi istanti sono cruciali per la sopravvivenza cellulare. Solo successivamente entrano in gioco altri meccanismi che amplificano e stabilizzano la risposta. «Nelle piante, la carenza di ossigeno è una condizione frequente, ad esempio durante le alluvioni – conclude Giuntoli – In questi contesti, la rapidità della risposta può fare la differenza tra sopravvivenza e morte».