La posizione è tutto?

Il colesterolo è un componente strutturale essenziale delle membrane cellulari, dove può anche funzionare come regolatore dei processi cellulari.

I ricercatori sanno da tempo che il colesterolo regola la struttura e la funzione delle proteine ​​integrali nella membrana plasmatica, come i canali ionici e i recettori accoppiati alle proteine ​​G. Le prove indicano anche che il colesterolo nel lembo interno della membrana plasmatica regola la segnalazione cellulare legandosi alle proteine ​​di segnalazione. Tuttavia, non esistono tecniche che consentano il controllo sito-specifico dei livelli di colesterolo.

In un recente studio delGiornale di ricerca sui lipidi , Wonhwa Cho e il suo team dell'Università dell'Illinois a Chicago hanno sviluppato una tecnica per controllare con precisione i livelli di colesterolo. Cho ritiene che il nuovo metodo andrà a vantaggio della ricerca biomedica che può aiutare a migliorare il trattamento delle malattie associate al colesterolo.

"Molti anni fa, abbiamo scoperto e pubblicato che il colesterolo nel lembo interno della membrana plasmatica può attivare processi cellulari che portano alla crescita eccessiva delle cellule", ha detto Cho. “Altri hanno anche segnalato azioni specifiche del colesterolo nella cellula. Avevamo quindi bisogno di uno strumento che potesse aiutarci a chiarire in modo inequivocabile la funzione specifica del sito del colesterolo”.

Sebbene i ricercatori possano utilizzare metodi standard come l’estrazione chimica e l’arricchimento del colesterolo con metil-beta-ciclodestrina e l’inibizione della biosintesi di nuovo colesterolo cellulare da parte delle statine, queste tecniche non consentono l’esaurimento spaziotemporale del colesterolo e possono essere tossiche per le cellule.

Il metodo di Cho si avvale di un sistema di dimerizzazione proteica inducibile e delle capacità di riduzione del colesterolo della colesterolo ossidasi delle specie Streptomyces, un enzima che catalizza la scomposizione del colesterolo in un processo in due fasi. Innanzitutto deve legarsi alla membrana; quindi il colesterolo viene convertito in colest-4-en-3-one o colestenone.

I ricercatori hanno progettato razionalmente un mutante della colesterolo ossidasi, denominato WVR, che mostrava un legame di membrana compromesso senza alcun cambiamento significativo nella funzione catalitica della colesterolo ossidasi. Il team di Cho ha utilizzato il mutante WVR per progettare un sistema che indirizza artificialmente il colesterolo ossidasi sulla membrana plasmatica come agente di deplezione del colesterolo spaziotemporalmente inducibile.

I ricercatori spesso utilizzano la formazione di dimeri proteici in risposta alla stimolazione esterna per comprendere il ruolo delle interazioni proteina-proteina nelle funzioni cellulari. Il sistema di dimerizzazione FRB-FKBP utilizza la rapamicina, un antibiotico antifungino che può legare contemporaneamente la proteina legante FK506 e il dominio legante FKBP-rapamicina del bersaglio della rapamicina nei mammiferi, noti rispettivamente come FKBP e FRB, con conseguente formazione di eterodimeri. Le proteine ​​di interesse possono essere fuse con FKBP o FRB e la dimerizzazione può essere indotta aggiungendo rapamicina o analoghi come rapalog.

Il team di Cho ha coniugato la colesterolo ossidasi mutante con l'FKBP. Hanno ancorato il dominio FRB alle membrane utilizzando una breve sequenza peptidica, Lyn, che indirizza le proteine ​​alla membrana plasmatica. Hanno raggiunto il targeting sito-specifico della colesterolo ossidasi aggiungendo rapalog, che ha indotto la dimerizzazione di FKBP-FRB e la traslocazione della colesterolo ossidasi mutante sulla membrana plasmatica. La deplezione sito-specifica del colesterolo ha permesso al team di Cho di determinare in modo inequivocabile le diverse funzioni del colesterolo nei foglietti citosolici della membrana plasmatica e dei lisosomi.

"Il colesterolo è stato collegato a vari tumori, compresi i tumori al seno e al colon-retto", ha detto Cho. “I nostri nuovi strumenti saranno molto preziosi per chiarire il legame meccanicistico tra i livelli di colesterolo cellulare e il processo cellulare oncogenico. Ciò a sua volta aiuterà nello sviluppo di nuovi farmaci antitumorali che modulano i processi cellulari oncogenici mediati dal colesterolo”.

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Aswathy N. Rai è assistente professore clinico e coordinatore universitario presso il dipartimento di biochimica, biologia molecolare, entomologia e patologia vegetale della Mississippi State University.