“VOLTA”: storia di organelli comuni ma ancora misteriosi

Sicuramente ricorderai  di aver studiato gli organelli che si possono ritrovare all’interno cellule eucariotiche. I mitocondri, l’apparato di Golgi, il cloroplasto. Ma hai mai sentito parlare di organelli “volta”?

Gli organelli volta (o semplicemente volta) sono così chiamati per la loro somiglianza con i soffitti a volta, come quelli che si trovano nelle cattedrali gotiche. Queste ribonucleoproteine, le più grandi di qualsiasi ribonucleoproteina eucariotica (3 volte più grande dei ribosomi eucariotici e 5 volte più grande dei ribosomi batterici), furono scoperte per la prima volta nel 1986. Originariamente, si pensava che fossero contaminazioni provenienti dal processo di isolamento e preparazione delle vescicole rivestite di clatrina dal fegato di ratto per l’analisi al Microscopio Elettronico a Trasmissione (TEM).

Successive analisi hanno dimostrato la loro esistenza e hanno rivelato la loro diffusione su organismi animali e fungini tra cui: topi, mucche, conigli, anguille e persino muffe melmose. Inoltre, gli omologhi della proteina principale “volta” (MVP, Major Vault Protein) sono stati trovati in una gamma di eucarioti unicellulari tra cui Trypanosoma e Leishmania spp. Tuttavia, nessun omologo MVP è stato ancora trovato in piante, lieviti, insetti o vermi. In tutte le cellule umane esaminate finora, sono state trovate da diverse migliaia ad oltre 100.000 organelli volta per cellula.

Queste particelle a forma di barile hanno dimensione di ~ 13 MDa e sono formate dall’autoassemblaggio di tre proteine: MVP (Major Vault Protein), TEP1 (Proteina associata alla telomerasi 1) e VPARP o PARP4 (correlata a Poly- (ADP- ribosio) Polimerasi o PARP). Settantotto copie di MVP formano la struttura a conchiglia delle volte, il cui interno ospita la polimerasi VPARP e TEP1, che è legata ad un piccolo segmento di RNA non tradotto noto come vRNA. La ricerca ha implicato questi organelli in svariati processi cellulari come immunità innata, segnalazione cellulare e trasporto citoplasmatico nucleare, tuttavia le loro esatte funzioni nelle cellule sono ancora sconosciute.

Soffitto a volta. Crediti immagine: Ilenia Omati
La struttura proteica di una singola nanoparticella del volta costituisce la Protein Data Bank. 78 copie del Major Vault Protein (MVP), ognuna mostrata come un colore diverso, si uniscono per formare una struttura simile ad un barile con una metà superiore e inferiore. Gli N-terminali degli MVP si incontrano al centro. All’interno, le proteine VPARP (non mostrate) si legano al MVP attraverso i loro domini INT e formano 2 anelli specchiati di VPARP nelle metà superiore e inferiore. Questo dominio INT è ciò che i ricercatori usano per “impacchettare” le molecole all’interno del volta. Le estremità C-terminali del MVP sono le estremità più lontane (in alto e in basso) della particella del volta, dove i tag delle proteine ingegnerizzati possono aiutare ad indirizzare il volta a siti specifici. Depositato nel PPB da Kato K, Zhou Y, Tanaka H, Yao M, Yamashita E, Yoshimura M e Tsukihara T.

GLI ORGANELLI VOLTA POTREBBERO AIUTARE NELLA DISTRIBUZIONE DEI FARMACI

Poiché la struttura esterna di questi organelli è composta da MVP, i ricercatori possono aggiungere dei tag, come delle “etichette di consegna” all’estremità C-terminale di ciascun MVP per indirizzare queste particelle a cellule specifiche. Kickhoefer e Han, et al. lo ha dimostrato utilizzando gli organelli volta modificati per indirizzarli alle cellule di cancro epiteliale A431 in due modi diversi. Nel primo, i volta sono stati etichettati con il fattore di crescita epidermico modificato legato direttamente alle cellule che esprimono il recettore del fattore di crescita epidermico (EGFR), una proteina di membrana comunemente sovra espressa in molti tumori. Un secondo insieme ingegnerizzato di volta è stato etichettato con una proteina legante le IgG che ha permesso ai volta di legarsi indirettamente a cellule bersaglio tramite anticorpi anti-EGFR. Il successo nel targeting significa che i trattamenti per malattie come il cancro potrebbero essere migliorati distribuendo in maniera specifica farmaci terapeutici direttamente alle cellule bersaglio.

Una volta legato ad una cellula bersaglio, l’assorbimento non è garantito e nemmeno che la degradazione all’interno della cellula venga evitata. Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno preso in prestito dai virus un trucchetto. La proteina virale adenovirus VI (pVI) favorisce la penetrazione della cellula ospite, quindi i ricercatori hanno incorporato la pVI nei volta ingegnerizzati e hanno osservato un aumento della distribuzione delle molecole usate per il test. Ma come vengono preparati i farmaci o altre molecole all’interno dei volta?

Per facilitare il caricamento di specifiche proteine ​​all’interno dei volta, i ricercatori sfruttano il dominio MVP Interacting (o INT) presente su VPARP, attraverso il quale VPARP si lega all’ N-terminale di MVP. Le proteine ​​VPARP risiedono all’interno dei volta che formano 2 cluster identici, uno in ciascuna delle due metà superiore ed inferiore dei volta.

I ricercatori possono aggiungere un dominio INT modificato alle proteine ​​che desiderano impacchettare all’interno dei volta e il dominio INT funge da ancora. La proteina viene quindi “impacchettata”all’interno del volta quando si auto-assembla o successivamente nel momento in cui il volta si “apre” da solo.

 

GLI ORGANELLI VOLTA POTREBBERO AIUTARE LA DISTRIBUZIONE DEL VACCINO

Un’ interessante potenziale applicazione è il miglioramento del vaccino. Le piccole dimensioni degli organelli volta (inferiori a 100 nm) potrebbero permettergli di transitare nei linfonodi drenanti e provocare una risposta immunitaria senza il trasferimento dal fegato o dai reni. Lo spazio all’interno dei volta, combinato con la loro stabilità, significa che possono impacchettare in modo sicuro centinaia di copie proteiche. I volta ingegnerizzati possono anche essere riprodotti in modo appropriato e prodotti in quantità su larga scala. Sebbene sia necessario determinare la purezza e la tossicità per garantire la sicurezza del paziente, la ricerca attuale suggerisce che questi organelli non siano immunogenici.

 

Salvatore Gemmellaro

Fonti: American Society of Microbiology

 

Ulteriori letture:

Non ho mai fatto della Scienza solo una materia di studio ed una passione personale, ma l’ho sempre ammirata come un’opera d’arte. Riesco a vederne la bellezza. I miei contemporanei probabilmente vedono solamente basi di Rna, gli enzimi. Io vedo Picasso, le più stupende sculture della biologia, vedo i Virus. Sono laureato in Scienze Biologiche, ed intendo dar del mio, in futuro, nel mondo della ricerca scientifica.

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