Mappatura del ribosoma ad alta risoluzione

In tutte le cellule del nostro corpo vengono prodotte nuove proteine secondo per secondo, come parte del nostro normale metabolismo. I protagonisti di questo processo sono i ribosomi, complessi molecolari composti da numerose unità. Essi leggono le informazioni codificate su una copia dei geni e assemblano le proteine secondo il progetto - tassello dopo tassello. Nelle cellule umane e di altri mammiferi esistono due tipi di ribosomi: i ribosomi "normali", presenti in gran numero nella cellula, e i ribosomi dei mitocondri, meno numerosi e strutturalmente diversi. Questi ultimi sono compartimenti cellulari noti anche come "centrali elettriche della cellula" perché forniscono l'energia per tutti i processi cellulari.

La comprensione della struttura tridimensionale dei ribosomi mitocondriali non è un compito facile. Da un lato, infatti, come tutti i ribosomi, si tratta di molecole relativamente grandi e complesse. Dall'altro, è anche molto difficile ottenere ribosomi mitocondriali in forma pura a causa del loro numero ridotto. Un anno fa, i ricercatori dell'ETH guidati da Nenad Ban, professore presso l'Istituto di biologia molecolare e biofisica, e Ruedi Aebersold, professore presso l'Istituto di biologia dei sistemi molecolari, sono riusciti a determinare una struttura molto dettagliata di una subunità dei ribosomi mitocondriali dei mammiferi, più precisamente dei maiali. In un ulteriore lavoro di ricerca, appena pubblicato sulla rivista Science, lo stesso team ha ora determinato una mappa tridimensionale dell'intero ribosoma mitocondriale dei maiali.

Molecola "in azione

Una particolarità della struttura molecolare ora pubblicata è che mostra il ribosoma "in azione". Oltre al ribosoma, gli scienziati dell'ETH sono riusciti a mappare anche una molecola ad esso legata (il cosiddetto mRNA), che contiene le istruzioni per la costruzione di una proteina. Sono state mappate anche due molecole (note come tRNA) che portano i blocchi di costruzione delle proteine al ribosoma.

I ricercatori hanno raggiunto il loro obiettivo combinando due tecniche: la microscopia crioelettronica, in cui un campione viene surgelato prima di essere analizzato, e la spettrometria di massa. Ciò ha permesso di determinare la struttura tridimensionale con una risoluzione senza precedenti di 3,8 angstrom (meno di 0,4 nanometri). "La microscopia crioelettronica è stata notevolmente sviluppata negli ultimi anni, grazie anche alla disponibilità di telecamere per la microscopia elettronica in grado di compensare i piccoli movimenti del campione che altrimenti porterebbero a una sfocatura", spiega il professor Ban dell'ETH. Gli scienziati eseguono gli esperimenti di crio-microscopia elettronica presso il Centro di competenza per la microscopia (ScopeM) dell'ETH di Zurigo.

I ribosomi dei mitocondri sono simili a quelli dei batteri. Conoscere la loro esatta struttura è importante, tra l'altro, per la ricerca farmaceutica. Ad esempio, quando si tratta di sviluppare antibiotici che attacchino i ribosomi dei batteri e quindi tengano sotto controllo i microrganismi, ma che non producano effetti collaterali indesiderati nei mitocondri degli esseri umani.