Approfondimento meccanicistico sull’endocitosi
La membrana cellulare rappresenta l’interfaccia tra le cellule e il loro microambiente, guidando una serie di processi vitali quali la comunicazione tra cellule, l’attaccamento alla matrice extracellulare e il movimento. Per l’assorbimento di sostanze nutritive e molecole di segnalazione, le cellule impiegano una internalizzazione specializzata e un percorso di trasporto noto come endocitosi mediata da clatrina (CME). Sebbene la deregolazione della CME sia implicata in varie malattie, il meccanismo che regola questo processo è ancora poco compreso. Gli scienziati del progetto CME-REG finanziato dall’UE si sono impegnati a delineare il meccanismo che innesca questo processo concentrandosi sui principali componenti chiave: i lipidi della membrana plasmatica, il carico da trasportare e le proteine adattatrici. «Il nostro obiettivo era quello di sezionare le fasi dell’endocitosi e identificare i determinanti regolatori chiave che potrebbero essere implicati in alcune malattie associate al fallimento della segnalazione cellulare», spiega la coordinatrice del progetto, la dott.ssa Zuzana Kadlecova. Regolazione della CME Durante la CME, i nutrienti o le macromolecole che entrano nella cellula si legano ai recettori a livello di specifiche regioni della parte esterna della membrana cellulare. Il successivo inghiottimento avviene in piccole vescicole rivestite all’esterno con la proteina clatrina. L’imaging cellulare dal vivo mostra che il processo di CME ha inizio con la localizzazione della clatrina e delle altre proteine adattatrici sulla faccia citoplasmatica della membrana nelle cosiddette «fossette rivestite da clatrina». Per acquisire e analizzare le dinamiche del processo di CME, gli scienziati hanno sviluppato un flusso di lavoro che utilizza l’imaging quantitativo della fluorescenza cellulare in vivo della membrana basale in cellule che presentano piccole alterazioni nella sequenza della proteina endocitica principale, l’AP2. L’AP2 è una delle proteine più evolutive esistenti, presente dal lievito all’uomo, e precedenti studi biochimici rivelano che i complessi AP2 svolgono un ruolo comprovato nell’avvio dell’assemblaggio delle fossette rivestite da clatrina. Curiosamente, l’AP2 può trasformarsi all'istante da una forma a un’altra e contemporaneamente cambiare funzione e posizione. Tuttavia la gerarchia delle fasi implicate nel passaggio da AP2 alla sua modalità attiva, pronta per l’azione e l’acquisizione del carico, è rimasta un mistero fino a oggi. Attraverso analisi di microscopia in vivo, i ricercatori sono stati in grado di visualizzare migliaia di fossette rivestite alla volta. Sono stati anche impiegati sofisticati algoritmi di tracciamento delle particelle e analisi matematiche per sezionare gli stadi della CME e le modifiche conformazionali sequenziali che attivano l’AP2 per avviare e stabilizzare la formazione delle fossette rivestite. Il gruppo di ricerca ha scoperto che il legame del carico con l’AP2 è assolutamente necessario per stabilizzare la fossetta in crescita a livello di membrana plasmatica e per la sua maturazione. Le cellule con mutazioni in subunità AP2 specifiche hanno mostrato una polimerizzazione significativamente più bassa della clatrina nei siti delle fossette rivestite, evidenziando chiaramente l’importanza dei siti di legame specifici per l’attivazione dell’AP2. I risultati del CME-REG supportano chiaramente il modello della modifica conformazionale dell’AP2, in cui la proteina si alterna tra uno stato chiuso, inaccessibile al carico, e una conformazione aperta attiva. I risultati del progetto dimostrano che la regolazione dell’AP2 guida queste modifiche conformazionali ed è responsabile della stabilizzazione delle fossette rivestite da clatrina nascenti. Impatto dei risultati Utilizzando un approccio altamente interdisciplinare, gli scienziati del CME-REG sono riusciti a decifrare i meccanismi molecolari alla base della regolazione delle fasi iniziali della CME. La dott.ssa Kadlecova ha svelato in tempo reale in quale modo l’AP2 orchestra la selezione del carico per l’internalizzazione e il suo ruolo di conduttore o assemblatore delle fossette rivestite dal suo avvio fino alla fine. Anche se sono stati generati a livello cellulare, i risultati del progetto possono molto probabilmente essere estrapolati alla situazione in vivo. Dato il ruolo indispensabile dell’AP2 nel normale sviluppo embrionale, i risultati offrono anche una conoscenza fondamentale degli eventi nelle prime fasi di vita. È importante sottolineare che essi forniscono le basi per comprendere l’eziologia molecolare di molte malattie associate alla compromissione dell’endocitosi.
Parole chiave
CME-REG, endocitosi mediata da clatrina (CME), AP2, fossette rivestite da clatrina
