Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Siero Albumina


Molecola del Mese di Luglio 2003

Introduzione
Il nostro corpo può essere pensato come una nazione democratica di cellule. Ogni cellula è un individuo con le sue particolari necessità, ma tutte le nostre cellule lavorano insieme per mantenerci vivi. Come potete immaginare, questo richiede una quantità incredibile di cooperazione. Le cellule sono in continua comunicazione per informare le loro vicine delle loro necessità e dei loro piani futuri. Si mandano reciprocamente messaggi scambiandosi, da cellula a cellula, ormoni, chemochine e altri messaggeri molecolari . Questi messaggi sono ricevuti da proteine poste nella membrana cellulare che trasmettono il segnale all'interno della cellula. Qui, un insieme di proteine incredibilmente complesso ritrasmette il messaggio a tutti i luoghi della cellula ai quali è destinato.

Il Compito della Src
La proteina Src illustrata qui a destra (file PDB 2src) è una proteina di segnalazione specializzata in messaggi che controllano la crescita delle cellule. Si trova appena all'interno della membrana cellulare, dove partecipa alla trasmissione dei segnali provenienti da vari recettori proteici di membrana e diretti verso le proteine che "accendono" i motori della sintesi proteica e della crescita cellulare. La Src è una tirosina chinasi, quindi trasmette i suoi messaggi aggiungendo gruppi fosfato a particolari amminoacidi di tirosina nelle catene proteiche. Aggiunge gruppi fosfato ad una grande varietà di proteine che controllano la struttura cellulare, le comunicazioni della cellula, e la crescita cellulare. Quando queste proteine vengono fosforilate risultano attivate e sono pronte per svolgere i loro compiti particolari.

Ridondanza
Vi è molta ridondanza in questo complesso sistema di segnalazione. I ricercatori hanno scoperto centinaia di proteine tirosina chinasi, molte delle quali sono quasi identiche alla Src. Infatti, quando i ricercatori bloccano l'azione della proteina Src in animali di laboratorio, non osservano quasi nessun effetto. Altre proteine simili sembrano in grado di sostituire la funzione perduta. Alcune proteine simili sono disponibili nel PDB, come la proteina Hck (file PDB 2hck) e la proteina Abl (file PDB 1opl). Normalmente, queste proteine sovraintendono al passaggio di grandi flussi di messaggi, e noi viviamo, cresciamo, e guariamo secondo un programma preciso. In molti casi, la perdita di funzione ha effetti relativamente modesti, però se la proteina diventa troppo attiva, il risultato è un disastro.

L'Oncogene Src
Il DNA che codifica la proteina Src è noto come un oncogene, perché è un gene che è coinvolto direttamente nello sviluppo del cancro. L'oncogene Src è stato scoperto proprio a causa di questo collegamento con il cancro: i ricercatori hanno scoperto che il virus del sarcoma di Rous, che provoca tumori nei polli, inietta una proteina simile alla forma normale di Src, chiamata v-Src (Src virale). La v-Src, in contrasto con la c-Src cellulare, è sempre attiva. Aggiunge in continuazione gruppi fosfato alle molte proteine gestite dalla Src, mandando un costante e deciso segnale di crescita. Questo conduce al cancro, poichè le cellule crescono senza controllo formando tumori.
Mutazioni nella forma normale della Src, e mutazioni in altre proteine oncogene simili, vengono spesso trovate in forme di cancro umano, in questi casi le mutazioni genetiche hanno trasformato la proteina in una forma che è costantemente attiva. Attualmente, i ricercatori stanno cercando modi per fermare queste chinasi maligne e ripristinare i normali limiti alla crescita cellulare. Il farmaco Gleevec è stato un successo notevole in questa linea di ricerca. Si è rivelato in grado di bloccare l'azione della proteina Abl, ed è efficace per il trattamento delle forme di cancro nelle quali questa proteina ha subito una mutazione.

Molte Parti in Movimento
La Src compie un movimento grande e complesso quando si "accende" e si "spegne". La forma inattiva della Src è illustrata qui a lato a destra (file PDB 2src). Sulla sinistra invece si può vedere la forma attiva che la proteina Src assume dopo un ampio movimento di apertura.
La proteina Src è composta da una sequenza di parti funzionali connesse insieme in una singola catena proteica. Procedendo da un capo all'altro, la catena è composta da un segmento di ancoraggio (non visibile nella struttura cristallina, ma rappresentato qui in alto in modo stilizzato), un dominio SH3, un dominio SH2, un collegamento flessibile (linker), un dominio di chinasi, ed una coda finale.
Ognuna di queste parti è essenziale per la funzione della proteina.
Osserviamo dapprima la forma attiva sulla sinistra. Il dominio SH3 ha un piccola scanalatura che afferra le catene proteiche, tenendole abbastanza vicine al dominio chinasi da permettere l'addizione di gruppi fosfato. L'ATP (rosso) fornisce i gruppi fosfato. La forma inattiva, mostrata sulla destra è disattivata in modo intelligente. E' avvolta strettamente su se stessa, e usa il corto segmento di collegamento per bloccare il dominio SH3 in modo che non si possa legare ad altre proteine. La chiave per innescare la transizione è una tirosina nella coda (blu). Quando questa tirosina è fosforilata, si lega al dominio SH2, facendo assumere la conformazione chiusa a tutto il complesso e mantenendolo in questa posizione come se fosse incollato.
Quando il fosfato è rimosso, la coda viene rilasciata e la molecola intera può aprirsi, sbloccando il sito di legame SH3 e permettendo l'accesso al sito attivo di chinasi.

Esplorando la Struttura
Per conoscere più da vicino le proteine oncogene, il file PDB 2src è un buon punto di partenza. Qui a lato, sulla sinistra, è rappresentata la forma inattiva della Src, piegata a palla compatta. La struttura ha un nucleotide legato nel sito attivo di chinasi (rosso), e la tirosina chiave (n° 527) è visibile in alto a destra nella molecola e ha un fosfato legato.
Se lo desiderate, potete esaminare anche la proteina Hck, (file PDB 2hck non mostrata qui) che è quasi identica alla Src.
Qui a fianco sulla destra, è rappresentato un frammento della proteina Abl (file PDB 1opl) che, a piena lunghezza, è molto più grande di Src e Hck. È lievemente diversa da queste, e non usa una coda per stabilizzare la forma chiusa. Inoltre contiene un farmaco nel sito attivo (rosso) ed un lipide legato in una tasca profonda (grigio).

Queste immagini sono state create con Chime (vedi chimica al computer). Anche voi potete creare immagini simili scaricando i file PDB dell'articolo, decomprimendoli e poi lanciandoli con Internet Explorer (se avete scaricato il plug-in Chime).

Bibliografia

M. T. Brown and J. A. Cooper (1996) Regulation, Substrates and Functions of Src. Biochimica et Biophysica Acta 1287, 121-149.

C. L. Abram and S. A. Courtneidge (2000) Src Family Tyrosine Kinases and Growth Factor Signaling. Experimental Cell Research 254, 1-13.