Χιλιάδες πρωτεϊνών παράγονται στο εσωτερικό των κυττάρων μας. Περισσότερες από το ένα τρίτο των πρωτεϊνών αυτών μπορούν να εκπληρώνουν την αποστολή τους μόνο αφού μεταναστεύουν προς το εξωτερικό του κυττάρου, αγκυροβολήσουν στην κυτταρική μεμβράνη ή στοχευθούν σε συγκεκριμένα υποκυτταρικά διαμερίσματα. Πώς τα κύτταρα ρυθμίζουν την κυκλοφορία των πρωτεΐνών τους είναι ένα βασικό πρόβλημα στη βιολογία και είναι μία διαδικασία απαραίτητη για τη ζωή. Παραδείγματα πρωτεϊνών-μεταναστών αποτελούν η ινσουλίνη (της οποίας η απουσία οδηγεί σε διαβήτη), τα αντισώματα (που καταπολεμούν λοιμώξεις ), τα μεμβρανικά κανάλια (μεταξύ άλλων απαραίτητα για τη λειτουργία νευρικών κυττάρων), και οι πρωτεΐνες-τοξίνες που εκκρίνουν οι παθογόνοι μικροοργανισμοί. Αποτελέσματα έρευνας που παρουσιάστηκαν στην πρόσφατη έκδοση του Molecular Cell, ενός από τα εγκυρότερα διεθνή επιστημονικά περιοδικά, αποκαλύπτουν τις εσωτερικές λειτουργίες μιας νανομηχανής που μεσολαβεί ώστε οι πρωτεΐνες-μετανάστες του κυττάρου να εκκριθούν.

Περισσότερα από 30 χρόνια πριν, ο Gunter Blobel(Πανεπιστήμιο Rockefellerτης Νέας Υόρκης), ανακάλυψε ότι οι πρωτεΐνες-μετανάστες φέρουν χημικά σήματα που ονομάζονται πεπτίδια και τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ του 1999 για την ανακάλυψη αυτή. Αυτά τα σηματοδοτικά πεπτίδια παίζουν το ρόλο της ταχυδρομικής διεύθυνσης πάνω στις εκκριτικές πρωτεϊνες. Προηγουμένως, το εργαστήριο Οικονόμου σε συνεργασία με τον Καθ. Χαράλαμπο Καλοδήμο (Πανεπιστήμιο Rutgers, New Jersey) αποκάλυψε πως σηματοδοτικά πεπτίδια προσδένονται σε ένα συγκεκριμένο κυτταρικό υποδοχέα πάνω στη μεμβράνη ο οπoίος είναι άμεσα συνδεδεμένος με το κανάλι της έκκρισης πρωτεινών. Ο υποδοχέας λειτουργεί και ως νανο-κινητήρας με δύο ξεχωριστά μηχανικά μέρη που μοιάζουν με έμβολα. Με κάποιο άγνωστο μέχρι στιγμής τρόπο σπρώχνει τις εκκριτικές πρωτεΐνες έξω με έναν άγνωστο μηχανισμό. Με τη νέα δημοσίευση στο Molecular Cell το εργαστήριο Οικονόμου αποκαλύπτει ότι κατά τη διαδικασία της έκκρισης πρωτεΐνών τα δύο έμβολα του νανο-κινητήρα είναι ιδιαίτερα κινητικά και ευαίσθητα στην παρουσία των σηματοδοτικών πεπτιδίων και του καναλιού. Τα δύο μηχανικά μέρη μετακινούνται το ένα έναντι του άλλου και αλλάζουν το σχήμα τους. Αυτές οι προσεκτικά ενορχηστρωμένες διαδοχικές κινήσεις ανοίγουν το κανάλι και παγιδεύουν τις προπρωτείνες μέσα του. Σε ένα τελικό βήμα, το ένα από τα έμβολα αποκολλάται και η διαδικασία της έκκρισης ολοκληρώνεται με επεναλαμβανόμενες κινήσεις του ενός εμβόλου που μένει πίσω.

Η ανακάλυψη αυτού του συναρπαστικού αυτού βιολογικού μηχανισμού αναμένεται να βοηθήσει τις προσπάθειες ανακάλυψης νέων αντιβιοτικών που στοχεύουνε συγκεκριμένα το βακτηριακό μονοπάτι έκκρισης πρωτεΐνών. Επιπλέον, μας προσφέρει τη δυνατότητα να βελτιστοποιήσουμε με ορθολογικό τρόπο τη βιοτεχνολογικής παραγωγής ανθρώπινων βιοφαρμακευτικών. Αυτό επιτυγχάνεται συχνά με τη χρήση μικροβιακών κυττάρων σαν μικροεργοστασίων εκκρινόμενων βιοφαρμακευτικών πρωτεινών. Αυτοί οι ερευνητικοί στόχοι καθώς και η περαιτέρω διερεύνηση τής υποκυτταρικής πρωτεΐνικής κυκλοφορίας στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας χρηματοδοτείται από προγράμματα της ΓΓΕΤ.

Για περισσότερες πληροφορίες παρακαλώ επικοινωνήστε με :

Καθ. Τάσος Οικονόμου
Τμήμα της Δομής/Λειτουργίας Πρωτεΐνών
ΙΜΒΒ -ΙΤΕ
e-mail: aeconomo@imbb.forth.gr

Σύνδεσμοι

Molecular Cell:
http://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765 ( 13 ) 00860 - 5

Βίντεο που δείχνει τις κινήσεις της SecA:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276513008605