Da tempo sappiamo che buona parte del funzionamento del nostro organismo dipende da una serie di molecole sintetizzate all’interno delle cellule. Al loro interno queste microscopiche fabbriche possiedono una serie di comparti, gli organelli, ciascuno preposto a un compito specifico: chi produce le proteine a partire dal genoma custodito nel cuore del nucleo cellulare, chi è incaricato di produrre gli ormoni, chi – nelle cellule del cervello – i neurotrasmettitori incaricati di far funzionare il sistema nervoso. Ma il modo in cui queste molecole vengono trasportate all’interno della cellule, da un organello all’altro, e fuori dalla cellula, senza perdersi per strada e giungendo correttamente a destinazione, è stato a lungo un mistero. Il trasporto vescicolare oggi è invece compreso in dettaglio grazie al lavoro di tre scienziati, due americani e un tedesco, insigniti del Premio Nobel 2013 per la Fisiologia e la Medicina.

Vescicole e recettori: postini e doganieri della cellula

James Rothman.
in foto: James Rothman.

James Rothman, oggi direttore  del centro di biologia cellulare dell’Università di Yale, e Randy Schekman, dell’Università di Berkeley, erano già stati premiati insieme nel 2002 con il Premio Horwitz della Columbia University per le loro ricerche sul traffico della membrana cellulare. Rothman era stato il primo a scoprire il meccanismo con cui avviene lo “smistamento postale” delle vescicole che trasportano all’esterno le molecole prodotte all’interno della cellula. Aveva scoperto inoltre come tale meccanismo fosse alla base anche di disfunzioni come il diabete: errori nel sistema di trasporto vescicolare, infatti, possono impedire la corretta secrezione dell’insulina.

Randy Schekman.
in foto: Randy Schekman.

Scheckman, invece, si è concentrato sul trasporto delle proteine all’interno dei diversi organelli della cellula. Sintetizzate e raccolte all’interno del reticolo endoplasmatico, le proteine vengono trasferite all’apparato del Golgi, che funge da centro di smistamento per decidere se devono essere trasportate ad altri organelli interni alla cellula o al di fuori. Per far ciò, come hanno scoperto i due scienziati, sia il reticolo che l’apparato del Golgi producono delle vescicole, sorta di microscopici “pacchetti” all’interno dei quali le molecole vengono impacchettate e trasportate fino all’obiettivo. Le vescicole vengono prodotte attraverso un sistema detto di “gemmazione”: la molecola da trasportare viene rivestita da una membrana, il rivestimento proteico, che è parte dell’organello stesso, quindi viene espulsa. Giunta a destinazione, la vescicola entra nell’organello target attraverso un meccanismo di “fusione”, con cui la molecola viene assorbita insieme alla membrana, che diventa parte dell’organello di destinazione (così da bilanciare le continue perdite di rivestimento proteico).

L’ingresso di molecole all’interno degli organelli o dell’intera cellula è regolata dai recettori. Sono i recettori a stabilire cosa deve entrare, così da garantire che solo le sostanze necessarie vengano assorbite, mentre quelle nocive o destinate a un’altra cellula o organello restano fuori. Capita che i recettori possano sbagliare, perché ingannati da un virus, come quello dell’influenza o dell’HIV che riesce a penetrare nella cellula e invaderla. Ma i recettori decidono anche quali molecole devono partire: i rivestimenti proteici che servono a proteggere il contenuto della vescicola possiedono recettori in grado di determinare se il “carico” è valido o meno per il trasporto. Sono dei veri e propri doganieri cellulari.

Il trasporto nelle cellule nervose

La gemmazione (a destra) e la fusione (a sinistra) delle vescicole all’interno delle cellule.
in foto: La gemmazione (a destra) e la fusione (a sinistra) delle vescicole all’interno delle cellule.

Questo meccanismo assume un significato particolare all’interno delle più importanti cellule dell’organismo, quelle del sistema nervoso. È l’ambito di studio di Thomas Südhof, di origine tedesca, trasferitosi negli anni ’80 negli Stati Uniti per proseguire le sue ricerche prima all’Università del Taxas a Dallas e poi, dal 2008, a Stanford. Le cellule del sistema nervoso, i neuroni, hanno una conformazione diversa. I segnali nervosi vengono prodotti attraverso messaggi elettrici che dal neurone viaggiano attraverso l’assone – un lungo canale di collegamento esterno – fino all’assone successivo che permette il collegamento con un altro neurone attraverso le sinapsi. Quando il messaggio giunge alla parte terminale dell’assone, fuoriesce attraverso le vescicole, che emergono dalla membrana cellulare trasportando i neurotrasmettitori assorbiti poi dall’assone target.

Thomas Südhof.
in foto: Thomas Südhof.

In questo modo vengono rilasciati una serie di ormoni fondamentali per la nostra salute, come quelli che regolano il colesterolo. Insieme a Joseph Goldstein e Michael Stuart Brown, poi insigniti nel 1985 del Nobel per la Medicina, Südhof è stato tra i responsabili della scoperta dell’Atorvastatina come farmaco per il colesterolo (oggi uno dei farmaci più venduti al mondo). In seguito è riuscito a scoprire il modo in cui le tossine del tetano e del botulino attaccano alcuni recettori sinaptici riuscendo a inibire il meccanismo della fusione delle vescicole all’interno delle cellule nervose target. Le ricerche trentennali dei tre scienziati non si sono quindi limitate a chiarire un meccanismo fisiologico affascinante, che dimostra ancora una volta la complessità del nostro organismo, ma hanno gettato luce sull’origine di diverse malattie. Oggi Südhof è al lavoro per verificare il modo in cui difetti nel trasporto vescicolare nel sistema nervoso possano favorire l’insorgere dell’Alzheimer, del Parkinson e dell’autismo. Come è già capitato a lui, forse i suoi studi apriranno le porte a un prossimo Nobel a un giovane ricercatore del suo laboratorio, impegnato nell’eterna sfida per svelare i segreti del corpo umano.