Ricercatori di Kaiserslautern e Saarbrücken trovano una connessione tra metabolismo cellulare e divisione cellulare

Perossiredoxina - Perossido di idrogeno (H2O2) - relè redox a base di tiolo (ciclo redox Prx) si collega al ciclo metabolico del lievito (YMC) per controllare l'ingresso/uscita dal ciclo di divisione cellulare (CDC). HOC = alto consumo di ossigeno, LOC = basso consumo di ossigeno. (Dott. Prince Saforo Amponsah)

Molti processi biologici sono soggetti a variazioni ritmiche. Esempi noti di ciò sono il cosiddetto ritmo circadiano, un "orologio interno" con un periodo di circa 24 ore, o il ritmo ultradiano, leggermente più breve. Spesso la divisione cellulare è collegata a questo ritmo. Ricercatori di Saarbrücken e Kaiserslautern hanno scoperto che questo ritmo e il suo collegamento con la divisione cellulare sono strettamente correlati all'idrogeno perossido. Lo studio è stato pubblicato sulla rinomata rivista specializzata Nature Chemical Biology.

Le funzioni negli organismi viventi seguono, fino a livello molecolare, una coreografia finemente orchestrata. Di grande importanza per questi processi nel corpo sono anche ritmi strettamente definiti, a cui seguono determinati cicli. Ad esempio, il ciclo circadiano di circa 24 ore, una sorta di "orologio interno", svolge un ruolo importante nei meccanismi di metabolismo e divisione cellulare nelle cellule.

Ricercatori di Saarbrücken e Kaiserslautern hanno ora analizzato più da vicino un ciclo simile, il ritmo ultradiano leggermente più breve del lievito di birra. "Ancora non sono stati studiati e chiariti tutti i dettagli dei meccanismi molecolari che controllano i ritmi circadiani", afferma il Dr. Prince Saforo Amponsah, biochimico del laboratorio di genetica molecolare della TUK e primo autore dello studio. "Tuttavia, la nostra ricerca rappresenta una parte importante nella risoluzione di questo puzzle."

Sotto la guida di Bruce Morgan, professore di biochimica all'Università del Saarland, gli esperti hanno esaminato cosa succede nel modello di organismo lievito di birra quando si modifica miratamente il metabolismo delle cellule. Finora si sapeva che i processi metabolici e i cicli di divisione cellulare nelle cellule sane spesso si svolgono in modo sincronizzato secondo tali ritmi. Finora non era chiaro se le variazioni ritmiche nel metabolismo siano causa o conseguenza della divisione cellulare.

Utilizzando sensori fluorescenti innovativi, i ricercatori sono riusciti a osservare le variazioni ritmiche nei livelli di perossido di idrogeno. Per molto tempo, il perossido di idrogeno è stato conosciuto più che altro per stressare e danneggiare le cellule. "Abbiamo studiato la proteina Peroxiredoxina e la sua reazione, così come le conseguenze sul ciclo di divisione cellulare", spiega Morgan. Poiché la proteina Peroxiredoxina reagisce molto sensibile al perossido di idrogeno, si presta particolarmente bene a comprendere meglio il complesso meccanismo dell'"orologio interno" delle cellule.

Ora i ricercatori sembrano aver risposto alla domanda se una variazione di questo ritmo sia causa o conseguenza di un cambiamento nel metabolismo: "Abbiamo constatato che il collegamento tra metabolismo e divisione cellulare si interrompe quando inattiviamo la Peroxiredoxina nel lievito di birra", spiega il biochimico Morgan, che ha condotto ricerche come professore associato alla TUK prima di trasferirsi recentemente nel Saarland. La divisione cellulare avviene allora scollegata dal metabolismo delle cellule. Inoltre, i ricercatori sono stati in grado di controllare esattamente quando le cellule entrano e escono dal ciclo di divisione cellulare, regolando precisamente i cicli metabolici.

"Ora possiamo dimostrare per la prima volta che le perossiredoxine svolgono un ruolo decisivo nel misurare il tempo cellulare, utilizzando il perossido di idrogeno come combustibile per svolgere la loro funzione di cronometristi", afferma Amponsah, che ha condotto la ricerca per la sua tesi di dottorato alla TUK. "Questo rappresenta il coronamento di circa quattro anni di duro lavoro e di un anno di revisione tra pari. Mi è davvero piaciuto lavorare a questo progetto, perché ha portato molte innovazioni e nuove scoperte."

Queste scoperte fondamentali potrebbero essere importanti per comprendere meglio la divisione cellulare incontrollata nelle cellule tumorali. È noto che la divisione cellulare nelle cellule tumorali è spesso scollegata dall'orologio circadiano. In futuro sarà molto interessante indagare se un'alterazione nella regolazione dell'idrogeno perossido sia coinvolta in questo processo.

Alla ricerca hanno partecipato anche la Prof.ssa Zuzana Storchová, che dirige il laboratorio di genetica molecolare della TUK, e il Dr. Galal Yahya Metwally, borsista Humboldt e ricercatore ospite nel loro gruppo di lavoro. "Questa collaborazione dimostra come la combinazione di diversi approcci possa portare a nuove scoperte su vecchie domande", afferma Storchová. "Speriamo che il nostro sistema modello possa in futuro fornire ulteriori approfondimenti su come il ciclo cellulare sia sincronizzato con il ritmo dell'orologio metabolico."