Il censimento delle proteine in una singola cellula

Sono 42 milioni le molecole proteiche presenti in una semplice cellula di lievito. Simili studi su cellule umane potrebbero far luce sull'origine di malattie legate alla loro abbondanza o scarsità.

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Spaccato di una cellula animale (illustrazione scientifica).|Shutterstock

In una cellula semplice come quella del lievito di birra ci sono 42 milioni di molecole proteiche: a compiere la prima stima affidabile del numero di proteine, divise per tipologia, all'interno dell'unità base dei viventi, è un gruppo di ricercatori canadesi, che per l'occasione ha passato in rassegna una ventina di studi sulla composizione cellulare di questo modello biologico.

 

Quella pubblicata sulla rivista Cell Systems potrebbe sembrare una semplice curiosità da scienziati, ma è più di questo. Le proteine sono l'attuazione delle istruzioni contenute nel codice genetico, costituiscono parte delle nostre cellule e compiono il grosso del loro lavoro. Simili tipologie di studi compiute su cellule umane potrebbero chiarire le cause di alcune malattie, legate a una quantità anomala di proteine (per eccesso o per difetto).

Nessuno standard. Finora i tentativi di censire il numero di proteine per cellula sono stati fatti soprattutto taggando le molecole proteiche con marcatori fluorescenti, e guardando quanto ogni cellula "brillasse". Tuttavia la differenza di strumentazione tra un laboratorio e l'altro portava a una certa imprecisione in fatto di misure, e le varie stime venivano riportate su scale diverse, incompatibili.

 

Modello di studio. Per orientarsi in questa confusione,un gruppo di biochimici dell'Università di Toronto ha considerato allora la cellula di lievito di birra (Saccharomyces cerevisiae), l'unico organismo per il quale esistano dati sufficienti a calcolare il numero di molecole per ciascuno dei 6.000 diversi tipi di proteine codificate dal genoma. Per le cellule umane, che in base alla tipologia contengono solo una piccola parte delle diverse proteine codificate dai 20 mila geni del nostro DNA, non esiste un database così completo.

 

Le proteine nelle cellule di lievito, taggate con diversi marcatori. | Brandon Ho

L'appello. Mettendo insieme questi dati in modo coerente, gli scienziati sono riusciti a stimare, per ogni cellula, il numero di macromolecole di ciascuna tipologia proteica. Il totale è di circa 42 milioni. La maggior parte delle proteine è rappresentata da un numero di molecole che va dalle 1.000 alle 10 mila. Alcune sono particolarmente "presenti", e raggiungono oltre mezzo milione di molecole, mentre altre non arrivano nemmeno alle 10 molecole.

 

Altri dati utili. Il team ha inoltre raccolto informazioni sui meccanismi attraverso i quali le cellule controllano l'abbondanza di proteine, e dimostrato che la "scorta" delle varie tipologie proteiche è legata al ruolo all'interno della cellula: contando il numero di proteine per tipo è in teoria possibile predire anche la loro funzione. Infine, lo studio ha provato che marcare le proteine per studiarne ruolo e distribuzione - una tecnica premiata con il Nobel per la Chimica nel 2008 - non ha effetti rilevanti sulla loro abbondanza, e quindi non falsa i dati.

 

20 Gennaio 2018 | Elisabetta Intini