Un team dell’EPFL ha scoperto come le cellule continuino a mantenere stabili i loro livelli di proteine anche quando la loro capacità di produrre proteine cambia. Questa scoperta potrebbe far luce sul modo in cui il nostro corpo rimane resistente quando i nutrienti e le altre risorse aumentano o diminuiscono.
Ogni cellula dipende dalle proteine per funzionare e mantenersi in salute. Queste proteine vengono prodotte all’interno della cellula a partire dagli aminoacidi, ma non possono accumularsi all’infinito. Una volta che hanno svolto il loro compito o sono state danneggiate, la cellula deve eliminarle.
Per farlo, le spezza e le ricicla, un processo noto come "eliminazione delle proteine". Ma questo continuo e vitale tira e molla tra la produzione e l’eliminazione delle proteine richiede energia e coordinamento, e la cellula deve costantemente trovare il giusto equilibrio tra le due cose.
Quando le risorse come gli aminoacidi o la capacità della cellula di produrre proteine fluttuano, ad esempio dopo un pasto, sotto stress o in presenza di alcuni farmaci, questo equilibrio può essere disturbato. Tuttavia, le cellule devono continuare a mantenere i loro livelli proteici complessivi entro un intervallo di sicurezza.
Ciò solleva una semplice domanda: come fanno le cellule ad adattare l’eliminazione delle proteine quando la loro produzione cambia? Gli scienziati sanno che la produzione e l’eliminazione delle proteine sono collegate. Finora, tuttavia, non avevano un quadro quantitativo chiaro di come questi due processi si svolgano in tempo reale.
le cellule sono costantemente soggette a fluttuazioni delle risorse che regolano la sintesi proteica", spiega David Suter, professore presso la Facoltà di Scienze della Vita dell’EPFL. Se i tassi di sintesi proteica diminuiscono del 50%, le nostre cellule si riducono del 50%, a meno che non rallentino anche i tassi di eliminazione delle proteine"
David Suter e il suo team hanno mappato il modo in cui le cellule dei mammiferi coordinano la produzione e l’eliminazione delle proteine. "Abbiamo scoperto una proprietà universale delle cellule dei mammiferi: la loro capacità di adattare parzialmente i tassi di eliminazione delle proteine alle variazioni dei tassi di sintesi proteica, principalmente attraverso un meccanismo che chiamiamo adattamento passivo"
La ricerca è stata pubblicata su Cell Systems.
Adattamento passivo
Per studiare come le cellule gestiscono i cambiamenti nella produzione di proteine, i ricercatori hanno utilizzato una speciale proteina fluorescente che cambia colore nel tempo. In questo modo è stato possibile monitorare la velocità con cui le proteine vengono prodotte ed eliminate nelle singole cellule viventi.
Analizzando questi cambiamenti di colore, il team ha misurato due processi: la scomposizione attiva delle proteine e la diluizione delle proteine durante la crescita e la divisione delle cellule. Gli scienziati hanno poi confrontato queste misurazioni con un modello matematico che prevedeva che se la produzione di proteine rallenta, la cellula produce meno componenti del suo meccanismo di degradazione, rallentando così l’eliminazione delle proteine.
In tutte le condizioni testate, i dati erano coerenti con il modello: quando la sintesi proteica diminuisce, l’eliminazione delle proteine rallenta quel tanto che basta per compensare parzialmente. Questo è ciò che gli scienziati chiamano "adattamento passivo", un processo che aiuta le cellule a mantenere livelli proteici più sicuri nonostante le fluttuazioni delle risorse.
Lo stesso comportamento era visibile nelle cellule non disturbate da fattori esterni, a dimostrazione che si tratta di una strategia naturale e quotidiana.
Il diverso comportamento delle cellule staminali embrionali
Studiando le cellule staminali embrionali di topo, il team ha scoperto un ulteriore livello di protezione. Queste cellule attivano un percorso di rilevamento dei nutrienti chiamato mTOR quando la sintesi proteica diminuisce. Questa reazione aumenta la capacità di produrre proteine e riduce ulteriormente la loro decomposizione, consentendo alle cellule di mantenere i loro livelli proteici quasi perfettamente stabili.
"Anche quando il tasso di sintesi proteica cala del 50%, le cellule mantengono livelli proteici quasi perfettamente costanti", spiega David Suter.
Per il professore, questa robustezza ha probabilmente un ruolo negli embrioni reali: "Potrebbe essere necessaria per queste cellule che fanno parte dell’embrione pre-impianto, dove le condizioni sono difficili, senza apporto di sangue e con nutrienti limitati. Potrebbe anche aiutare a spiegare la resistenza delle blastocisti[l’embrione molto precoce che non si è ancora impiantato nell’utero] nelle semplici condizioni di coltura utilizzate all’inizio della FIV"
Il lavoro spiega come le cellule proteggono il loro equilibrio proteico durante i cambiamenti nella disponibilità di nutrienti, lo sviluppo o lo stress. Fornisce inoltre indicazioni su come gli scienziati interpretano le misure di stabilità delle proteine e su come le cellule embrionali precoci mantengono la loro resilienza.
RiferimentiMichael Shoujie Sun, Benjamin Martin, Joanna Dembska, Ekaterina Lyublinskaya, Cédric Deluz, David M. Suter. Meccanismi passivi e facoltativi mediati da mTOR coordinano la sintesi e il decadimento delle proteine nei mammiferi. Cell Systems 22 dicembre 2025. DOI: 10.1016/j.cels.2025.101456
