Autofagia: il sistema di smaltimento dei rifiuti della cellula
Se i rifiuti urbani non vengono raccolti regolarmente, si accumulano, riversandosi poi nelle strade e compromettendo il normale funzionamento della città. La stessa cosa accade nelle nostre cellule. «Quando i rifiuti di una cellula non vengono rimossi, non può più funzionare», spiega Claudine Kraft(si apre in una nuova finestra), ricercatrice presso la Università di Friburgo(si apre in una nuova finestra). «Alla fine, il danno può diventare così grande che le cellule finiscono per morire». Anche se il corpo non ha un camion della spazzatura, esso possiede la autofagia. «L’autofagia è essenzialmente il sistema di smaltimento dei rifiuti della cellula», aggiunge l’autrice. «Durante l’autofagia, le cellule racchiudono i rifiuti in membrane, scomponendoli nei loro elementi di base che possono poi essere riutilizzati». Tuttavia, come ogni macchinario, a volte l’autofagia non funziona. Quando ciò accade, il risultato può essere lo sviluppo di malattie come l’Alzheimer, il Parkinson o il cancro. Nonostante il ruolo cruciale svolto dall’autofagia, gli scienziati sanno sorprendentemente poco su questo processo. Il progetto AutoClean, finanziato dall’UE, intende cambiare le cose. «Il nostro obiettivo è scoprire come le cellule avviano e regolano l’autofagia», spiega l’esperta, che è il ricercatore principale del progetto. Il progetto ha ricevuto il supporto del Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra).
Ricostruire l’autofagia dal basso verso l’alto
Per riuscirci, il team multidisciplinare del progetto ha ricostruito l’autofagia partendo dal basso, utilizzando biologia sintetica, componenti purificati e frazioni cellulari. «Abbiamo ricostituito le fasi critiche dell’intero processo autofagico, dall’assemblaggio iniziale del macchinario per l’autofagia alla fase finale della fusione autofagosoma-vacuolo», osserva la ricercatrice. Ciò che hanno scoperto è che la fosforilazione mediata dalla chinasi Atg1/ULK1 non è limitata a un singolo checkpoint, ma orchestra più fasi dell’autofagia, dall’inizio alle fasi successive del percorso. La chinasi Atg1/ULK1 è un enzima che avvia l’autofagia. La fosforilazione è un processo biochimico in cui la chinasi aggiunge un gruppo fosfato a una molecola, alterandone significativamente la struttura e la funzione. Il progetto ha anche scoperto separazioni di fase (un processo in cui una miscela omogenea si separa in fasi distinte e coesistenti, come l’olio nell’acqua) che creano centri di inizio basati sulle proteine in grado di guidare l’organizzazione spaziale durante l’autofagia.
Scoprire il potenziale dell’autofagia nella lotta alle malattie
Il progetto AutoClean ha fatto progredire significativamente il campo dell’autofagia introducendo nuovi concetti quali il clustering guidato dall’avidità e gli hub di inizio con separazione di fase come meccanismi chiave nell’autofagia, che sono probabilmente concetti chiave anche in altri percorsi cellulari. Inoltre, ricostruendo il modo in cui l’autofagia può essere avviata e controllata a livello molecolare, il progetto fornisce informazioni pratiche su come questo processo potrebbe essere modulato nelle malattie correlate agli aggregati, potenzialmente guidando lo sviluppo terapeutico futuro. «L’autofagia è fondamentale per la salute delle cellule e la sua disregolazione è legata a malattie come la neurodegenerazione, le infezioni e il cancro», conclude la ricercatrice. «La nostra ricerca apre la possibilità di manipolare l’autofagia per degradare aggregati o organelli che causano malattie». Kraft e il suo team intendono sviluppare ulteriormente il lavoro del progetto applicando i suoi sistemi modulari per esplorare e indirizzare terapeuticamente gli hub di inizio e l’autofagia nelle malattie legate all’aggregazione. In questo modo, sperano di sviluppare strategie di intervento che ripristinino o migliorino i meccanismi di degradazione selettiva. Oltre alla ricerca e alle scoperte, il progetto ha anche contribuito a promuovere una comunità scientifica più inclusiva. Ad esempio, il coinvolgimento di Kraft nell’iniziativa Women in Autophagy(si apre in una nuova finestra) (WIA) continua a dare potere alle donne e ad altre identità di genere sottorappresentate nel campo dell’autofagia.
