Lezioni Pauli in nome della logistica delle cellule

Come una fabbrica chimica, le cellule producono costantemente un'ampia varietà di proteine, che devono trasportare a destinazione rapidamente dopo la sintesi. Alcune di queste molecole sono destinate all'esportazione verso la superficie cellulare, altre svolgono funzioni all'interno della cellula. Per trasportare le sostanze, le cellule utilizzano un sofisticato sistema di distribuzione: impacchettano le proteine appena prodotte in minuscoli traghetti a forma di bolla, chiamati vescicole. Queste portano il carico speciale nel posto giusto al momento giusto, senza commettere errori nell'indirizzo di consegna. Come le cellule riescano a compiere questa impresa logistica è stato a lungo un mistero. Un luminare nel campo dei sistemi di trasporto cellulare è James E. Rothman, professore di biochimica e biologia cellulare all'Università di Yale. Egli ha contribuito in modo significativo a risolvere l'enigma della logistica cellulare.

Servizio di trasporto pacchi basato sul principio del lock-and-key

"Rothman è uno scienziato eccezionale e pionieristico a livello mondiale. ? stato il primo a descrivere il macchinario molecolare che permette alle cellule di svolgere in modo affidabile il loro servizio di pacchi. Così facendo, ha plasmato in modo decisivo il campo del traffico di vescicole", afferma Nenad Ban, professore di Biologia Molecolare Strutturale all'ETH di Zurigo. Ban è co-organizzatore delle Pauli Lectures di quest'anno ed è riuscito ad ottenere Rothman come relatore.

Come tutte le cellule e i loro organuli, le vescicole che trasportano il carico al loro interno attraverso la cellula sono racchiuse in una biomembrana. Studiando le cellule dei mammiferi, Rothman ha scoperto che le vescicole portano sul loro involucro specifici complessi proteici che si inseriscono come una chiave in una controparte nella membrana del sito di destinazione. Se la vescicola si aggancia con la sua chiave a una serratura di membrana complementare, il piccolo cargo può fondersi con la membrana della cellula o dell'organello e quindi svuotare il suo contenuto nel punto prestabilito.

Questo processo di consegna dei prodotti - noto come fusione della membrana intracellulare - è un meccanismo fondamentale in biologia: svolge un ruolo centrale nella crescita e nella divisione cellulare. ? anche rilevante dal punto di vista medico, poiché gli errori nella catena logistica possono portare a gravi malattie. Caratterizzando la fusione delle membrane, Rothman ha fornito il principio di base per una serie di importanti processi fisiologici, tra cui il rilascio dell'ormone insulina nel flusso sanguigno, la comunicazione tra le cellule nervose del cervello e l'infezione delle cellule da parte dei virus.

Con lo sguardo di un premio Nobel

Rothman è stato riconosciuto a livello internazionale grazie alle sue scoperte rivoluzionarie sulle vie di trasporto cellulare e ha ricevuto numerosi riconoscimenti per il suo lavoro, culminati con il Premio Nobel per la Fisiologia nel 2013. Il Dipartimento di biologia dell'ETH di Zurigo onora ora i risultati della ricerca di Rothman e lo ha invitato a tenere le Wolfgang Pauli Lectures di quest'anno.

Nella serie di conferenze dell'ETH, che inizierà lunedì prossimo, il 65enne Rothman parlerà innanzitutto dell'importanza della ricerca per la società e di ciò che serve per rendere possibile il successo scientifico. In una seconda conferenza, darà un'occhiata al sistema di trasporto delle cellule e farà luce sulla serie di scoperte che hanno portato al Premio Nobel nel 2013.

Infine, Rothman parlerà della comunicazione delle cellule nervose, dove la fusione delle membrane avviene più velocemente che in qualsiasi altro luogo in natura: quando un impulso nervoso raggiunge una sinapsi, le vescicole nelle terminazioni nervose rilasciano neurotrasmettitori in meno di un millisecondo, che trasferiscono le informazioni come messaggeri chimici alla cellula nervosa vicina. Nella sua terza conferenza, Rothman analizzerà come sia possibile che lo stesso meccanismo avvenga circa 10.000 volte più velocemente rispetto, ad esempio, al rilascio di ormoni.