Mitocondri: svelato il ruolo molecolare del calcio

Il gruppo di lavoro coordinato da Rosario Rizzuto del dipartimento di Scienze biomediche sperimentali dell’Università di Padova individua un particolare ruolo dello ione calcio nei mitocondri

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Scoperta la via che permette al calcio di entrare rapidamente negli “orologi” della vita cellulare, i mitocondri: a rivelarlo è uno studio* pubblicato su Nature dal gruppo coordinato da Rosario Rizzuto del dipartimento di Scienze biomediche sperimentali dell’Università di Padova.

Lo studio si è avvalso anche di fondi Telethon ed è parte di un vero e proprio programma di ricerca sulle malattie mitocondriali avviato lo scorso anno con l’obiettivo di creare una sinergia tra i migliori ricercatori impegnati in questo settore.

La ricerca dei trasportatori mitocondriali del calcio, condotta per decenni nel mondo da molti laboratori, si è sempre rivelata infruttuosa in quanto queste molecole sono assai diverse dai canali presenti in altre parti della cellula.

Il lavoro di Rizzuto e dei suoi collaboratori svela quindi la natura molecolare di un segnalatore cellulare di grande importanza. Il calcio è un importante messaggero all’interno della cellula: controlla i processi vitali dell’organismo quali ad esempio la contrazione dei muscoli, la trasmissione nervosa e il rilascio degli ormoni. Nel contempo lo ione calcio può indurre la morte delle cellule, sia attraverso i processi di morte cellulare programmata che per il collasso improvviso delle funzioni cellulari, la necrosi.

Non sorprende quindi che il trasporto di calcio sia regolato molto finemente e che le sue alterazioni siano alla base di processi patologici come la neurodegenerazione, il cancro e le disfunzioni endocrine (in primis il diabete mellito).

Nell’armonico complesso di segnali veicolati dallo ione calcio, i mitocondri hanno un ruolo chiave. Originati da antichi batteri che si sono adattati a vivere all’interno della cellula, i mitocondri sono piccole strutture che contribuiscono alla funzione vitale di impiegare l’ossigeno per produrre energia con elevata efficienza. Ma i mitocondri fungono  anche da “orologio della vita”  inducendo il suicidio della cellula (apoptosi) quando avvertono un suo deterioramento.

I mitocondri sono in grado di trasportare “rapidamente” il calcio ed è proprio questo processo che permette al mitocondrio stesso di avere  un’informazione diretta sugli eventi del resto della cellula e di compiere la scelta tra due effetti così diversi quali la produzione di moneta energetica o la morte. Il trasporto di calcio riveste quindi un’importanza fondamentale nel normale funzionamento della cellula e nelle alterazioni patologiche: la possibilità di modificarlo, quindi,  può rappresentare un nuovo approccio terapeutico a diverse malattie umane.

Il gruppo di ricerca dell’Università di Padova ha identificato il canale che permette al calcio di entrare rapidamente nei mitocondri conducendo una ricerca bioinformatica dettagliata su tutte le proteine mitocondriali. L’ipotetico canale, identificato nell’indagine basata sulla simulazione al computer, è stato ora definitivamente confermato attraverso un ampio studio di biologia cellulare che ha compreso l’analisi della localizzazione della proteina, della sua funzione in cellula viva, della costruzione di mutanti, della purificazione della proteina e della sua analisi in vitro.

La scoperta del canale mitocondriale del calcio apre adesso un’affascinante “fase molecolare” nella quale sarà possibile studiare, in vivo e in vitro, la sua funzione e verificarne il ruolo nelle malattie umane oltre a sviluppare nuovi farmaci specificatamente diretti a questo nuovo bersaglio molecolare.

*D. De Stefani, A. Raffaello, E. Teardo, I. Szabo, R. Rizzuto, “A forty-kilodalton protein of the inner membrane is the mitochondrial calcium uniporter”. Nature, 2011.

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