Recettori da Nobel: il premio per la chimica alle proteine che regolano i sensi

Le cellule interagiscono con il mondo esterno attraverso i recettori. La parola stessa indicano cosa sono: strumenti capaci di ricevere un’informazione e ritrasmetterla. Nel nostro caso, i recettori sono proteine che interagiscono chimicamente con qualcosa che arriva dall’esterno (“ligando”) e producono effetti all’interno della cellula. I chimici sono molto interessati al modo in cui queste proteine interagiscono con il ligando, perché questo fenomeno avviene attraverso una serie di legami ben noti in chimica, come i legami ionici, i legami idrogeno o le interazioni di Van der Waals. All’inizio degli anni ’80, tuttavia, i biochimici scoprirono qualcosa di nuovo. I cosiddetti “recettori metabotropici”, a differenza di quelli fino ad allora noti, non si limitavano ad aprire un canale all’interno della membrana cellulare attraverso il quale far filtrare il segnale esterno, ma utilizzavano un secondo messaggero, un’altra molecola cioè che penetrava poi all’interno della cellula trasmettendo l’informazione.

Finestre sul mondo

L’importanza di questi recettori fu subito chiara allorquando si scoprì che attraverso di essi avviene la fototrasduzione, ossia detto in altri termini quell’insieme di fenomeni all’interno delle cellule nervose che ci permette di vedere. Se i nostri occhi sono capaci di vedere il mondo che ci circonda e di comunicare tutto ciò che vediamo al cervello, lo dobbiamo dunque a questi recettori. Proseguendo nelle ricerche si scoprì poi che lo stesso fenomeno è alla base dell’olfatto e anche in parte del gusto. Così, buona parte dei nostri sensi dipende da questo incredibile meccanismo. Le proteine che regolano tutto ciò si chiamano “proteine G”. Esse hanno il compito, una volta avviata la reazione con il ligando, di attivare gli enzimi della membrana cellulare, i quali mettono in moto i messaggeri secondari, che a loro volta attivano tutto un insieme di fenomeni all’interno della cellula nervosa, trasmessi poi alle sinapsi (i collegamenti tra le cellule nervose, o neuroni).

Si chiamano “proteine G” perché si legano ai guaninnucleotidi, nucleotidi cioè la cui base organica è costituita dalla guanina, oltre allo zucchero e ai fosfati. La prima scoperta del loro ruolo nella trasduzione dei segnali risale alla fine degli anni ’70, quando Alfred Gilman e colleghi dell’Università della Virginia ne appurarono il meccanismo. Ma la ricerca in questo ambito è stata portata avanti negli anni da un grandissimo numero di scienziati, inevitabilmente esclusi dal Nobel. Furono Doron Lancet del Weizmann Institute of Science e da Randall R. Reed della John Hopkins Medical School negli anni ’80 ad aver per primi scoperto che il nostro senso dell’olfatto è dovuto proprio a questi recettori che attraverso le proteine G producono quell’insieme di reazioni biochimiche tali per cui il nostro cervello sente gli odori e li interpreta.

Recettori da Nobel

Robert Lefkowitz, oggi alla Duke University, ha però meritato il Nobel soprattutto per essere per primo riuscito insieme alla sua équipe a clonare il gene che produce uno dei tantissimi recettori accoppiati a proteine G, un risultato a cui fece seguito la clonazione di altri otto recettori. I biochimici sono un po’ come gli ingegneri: per capire come funziona un oggetto, cercano di ricostruirlo. Attraverso la clonazione di queste proteine, è stato quindi possibile dimostrare che l’intera famiglia di questi recettori (quasi mille) condivide una struttura molecolare simile, che si caratterizza per il fatto di rientrare e uscire dalla membrana cellulare ben sette volte. In tal modo è stato possibile favorire la ricerca in campo farmaceutico.

Da tempo è nota l’importanza dei recettori accoppiati a proteine G a livello medico. Si è scoperto infatti che un errore di funzionamento delle proteine G contribuisce all’insorgere di malattie tra cui colera, pertosse e diversi casi di cancro. Ma i recettori accoppiati a proteine G hanno anche un ruolo significativo nel comportamento umano, perché regolano diversi neurotrasmettitori come serotonina, dopamine, acido glutammico: roba che influisce sul nostro stato d’animo, sulla nostra memoria, sulla nostra capacità di concentrazione. E questi recettori hanno anche un ruolo nella regolazione del sistema immunitario, per esempio attraverso le risposte a stati infiammatori. Le ricerche di Lefkowitz oggi permettono di avere farmaci in grado di agire sull’ipertensione, l’angina e le malattie coronarie, tra le altre cose.

Il suo collega di Nobel, Brian Kobilka, oggi alla Stanford University, ha a sua volta contribuito significativamente alla conoscenza di questi recettori attraverso lo studio della loro struttura tramite clonazione. Consapevole della loro importanza a livello farmacologico, ha fondato un’azienda di biotecnologie, ConfometRx, con sede a Palo Alto, in California, paradiso del bio-tech. Grazie ai numerosi brevetti depositati, ConfometRx guida oggi la ricerca nel campo delle applicazioni della scoperta in campo medico, una dimostrazione della capacità degli americani di riuscire ad andare oltre la ricerca pura e, pur mantenendo il contatto con il mondo accademico, ottenere profitti dalle loro scoperte, producendo benefici per tutti noi.