Sulla strada per l'organello
Da organismo unicellulare indipendente a organello cellulare
Gli organelli delle cellule erano in origine spesso cellule indipendenti che, nel corso dell'evoluzione, sono state inglobate dalle cellule ospiti e hanno perso la loro indipendenza. I biologi guidati dalla professoressa Eva Nowack dell'Università Heinrich Heine di Düsseldorf (HHU) stanno studiando come e quanto velocemente avviene questo processo di assimilazione. Nella rivista Science Advances descrivono ora le loro scoperte su una fase intermedia di questo processo.
Nel tripanosomatide Angomonas deanei, l'endosimbionte si divide in modo sincrono con la cellula ospite. La proteina ETP9, codificata nel nucleo della cellula, è essenziale per la divisione dell'endosimbionte.
HHU/Anay Maurya and Eva Nowack
Le cellule eucariotiche, cioè quelle dotate di nucleo, contengono un gran numero di subunità funzionali note come organuli. Essi svolgono compiti importanti all'interno della cellula. Alcuni organelli erano un tempo organismi unicellulari indipendenti che sono stati inizialmente incorporati in una cellula e si sono sviluppati insieme alla cellula ospite nel corso dell'evoluzione. Questi "endosimbionti" hanno perso la loro indipendenza nel corso del processo. Un esempio ben noto di un organello di questo tipo è il mitocondrio, che si è sviluppato da un batterio.
Il gruppo di ricerca del Prof. Nowack presso l'Istituto di biologia cellulare microbica sta studiando come le cellule e i loro endosimbionti si siano adattati l'uno all'altro e si siano coevoluti nel corso di milioni di anni. Una pubblicazione, ora pubblicata sulla rivista "Science Advances", è incentrata sul tripanosomatide Angomonas deanei (in breve A. deanei), un flagellato unicellulare della sottofamiglia Strigomonadinae. Questi organismi vivono nell'intestino degli insetti.
Il Prof. Nowack: "Tutti i membri delle Strigomonadinae hanno un endosimbionte. Circa 40-120 milioni di anni fa, un antenato comune degli attuali Strigomonadinae ingerì un protobatterio dal quale si sviluppò l'endosimbionte". L'endosimbionte fornisce alle cellule ospiti prodotti metabolici e i cosiddetti cofattori, che hanno una funzione catalitica, ad esempio negli enzimi. "È notevole che ogni cellula ospite abbia esattamente uno solo di questi endosimbionti, che condivide sempre con la cellula ospite", aggiunge Nowack.
Nel 2022, il team di ricerca di Düsseldorf ha riportato su "Current Biology" che diverse proteine prodotte dalla cellula ospite interagiscono con l'endosimbionte. Una di queste proteine, chiamata ETP9, forma un anello intorno al sito di divisione dell'endosimbionte. I ricercatori guidati da Nowack e dal suo dottorando Anay Maurya hanno ora scoperto che gli endosimbionti delle Strigomonadinae - che un tempo erano batteri indipendenti - hanno perso quasi tutti i geni necessari alla divisione. Il gene che descrive la proteina FtsZ, che segna il sito di divisione nei batteri e nella maggior parte degli organelli, è uno dei pochi geni rimasti per la divisione cellulare batterica.
Maurya, membro della Manchot Graduate School "Molecules of Infection IV" e primo autore dello studio: "La proteina ETP9 si accumula nel sito di divisione sotto il controllo del nucleo cellulare, a seconda del ciclo cellulare. Se interrompiamo sperimentalmente la produzione di ETP9, l'endosimbionte non può più dividersi. Si ottengono così endosimbionti lunghi e filiformi in cui la proteina batterica FtsZ marca diversi siti di divisione, ma che non possono più dividersi senza l'aiuto della proteina ospite ETP9".
L'endosimbionte di A. deanei rappresenta quindi uno stadio intermedio tra un batterio endosimbiotico - ancora geneticamente autonomo - e un organello quasi completamente controllato dalla cellula ospite. L'endosimbionte ha perso i geni essenziali per la sua sopravvivenza autonoma. Le loro funzioni sono ora assunte dai geni del nucleo della cellula ospite.
Nowack: "Queste scoperte fondamentali ci aiutano a capire l'evoluzione di un organello da un batterio. Inoltre, potrebbe essere possibile utilizzare il meccanismo per sviluppare in futuro una simbiosi sintetica in cui gli endosimbionti sintetici sono controllati dal nucleo della cellula".
I biologi dell'Istituto di Biologia Cellulare Microbica hanno collaborato con l'Istituto di Microbiologia Medica e Igiene Ospedaliera della HHU (gruppo di lavoro della Prof.ssa Stefanie Scheu) e con il Centro di Imaging Avanzato per il lavoro di ricerca.
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