Una singola proteina agisce come un vero e proprio “interruttore” della sopravvivenza quando l’ossigeno viene a mancare, e il meccanismo è comune a piante animali, esseri umani compresi. E’ questa la scoperta al centro di uno studio internazionale pubblicato su “PNAS” che coinvolge l’Università di Pisa, la Scuola Superiore Sant’Anna e l’Università di Oxford. La ricerca ha identificato il meccanismo molecolare che entra in funzione nei primissimi minuti di ipossia innescando la reazione di difesa delle cellule.
“Abbiamo dimostrato che l’avvio della risposta all’ipossia dipende da un unico circuito molecolare basato su una proteina”, spiega Beatrice Giuntoli, docente del dipartimento di Biologia dell’Università di Pisa e tra le autrici dello studio. “È come un interruttore: nei primi minuti le cellule capiscono che manca ossigeno e attivano subito le difese”.
“La cosa più interessante è che questo ‘innesco’ molecolare non è esclusivo delle piante”, aggiunge Giuntoli. “Una proteina molto simile è presente anche nell’uomo e partecipa ai meccanismi con cui le cellule percepiscono le variazioni di ossigeno. Non è l’unico sistema negli esseri umani, ma in alcuni tessuti potrebbe avere un ruolo importante e con tempistiche molto rapide, analoghe a quelle che osserviamo nelle piante”.
Quando l’ossigeno diminuisce, infatti, la capacità di reagire rapidamente è decisiva. Nelle piante questo primo segnale è affidato a una famiglia di enzimi, le Plant Cysteine Oxidases, che funzionano come sensori molecolari e attivano i geni necessari per adattarsi allo stress. Tutti gli altri meccanismi di risposta intervengono solo successivamente, ma è questo “innesco” iniziale a determinare l’efficacia della reazione. E un meccanismo che esiste anche negli esseri umani: si tratta dell’enzima ADO, omologo funzionale delle PCO vegetali, che contribuisce alla percezione dell’ossigeno nei tessuti.
“L’innovazione della ricerca è stata anche dal punto di vista metodologico – continua Giuntoli – Per isolare e studiare questo meccanismo nella sua forma essenziale abbiamo utilizzato un approccio innovativo di biologia sintetica, in pratica abbiamo “trapiantato” il circuito molecolare dalle piante in cellule di lievito, un organismo che naturalmente non possiede questo sistema e così abbiamo potuto osservare direttamente il comportamento del circuito senza interferenze e dimostrare che è sufficiente, da solo, ad avviare la risposta all’ipossia”.
L’esperimento ha mostrato che la risposta si attiva in tempi rapidissimi, nell’ordine di cinque minuti, confermando che i primissimi istanti sono cruciali per la sopravvivenza cellulare. Solo successivamente entrano in gioco altri meccanismi che amplificano e stabilizzano la risposta.
“Nelle piante, la carenza di ossigeno è una condizione frequente, ad esempio durante le alluvioni – conclude Giuntoli – In questi contesti, la rapidità della risposta può fare la differenza tra sopravvivenza e morte”.
