Premio Nobel per la Medicina 2019

     Qualche giorno fa, l’Accademia delle Scienze di Svezia ha assegnato il Premio Nobel 2019 per la Medicina e la Fisiologia. Sono stati premiati William Kaelin, Peter Ratcliffe e Gregg Semenza, per i loro studi sul metabolismo cellulare, in particolare “per la scoperta di come le cellule percepiscono e si adattano alla disponibilità di ossigeno”.
L’ossigeno, uno degli elementi fondamentali per la vita, è necessario ai mitocondri (organuli responsabili della produzione di energia nelle cellule) per la respirazione cellulare, ricordata più volte in questo blog e sintetizzata dalla generica reazione chimica C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ENERGIA (ATP).
In base alla quantità di ossigeno a disposizione e alle necessità energetiche, le cellule regolano questo ed altri processi metabolici con la trasformazione dei nutrienti in energia immediatamente disponibile.
Già nel lontano 1938, Corneille Heymans ricevette il premio Nobel per la medicina per aver scoperto che nel collo, nelle arterie carotidi, esistono delle strutture specializzate (corpi caritodei) responsabili della rilevazione del livello di ossigeno presente nel sangue e inviato al cervello. In base alla quantità di ossigeno circolante, il cervello regola il ritmo della respirazione. Ad esempio, in presenza di un’intensa attività fisica che richiede il consumo di molto ossigeno, il ritmo respiratorio aumenta considerevolmente, come ben sappiamo.
Gli studiosi premiati quest’anno hanno permesso di capire come reagiscono le cellule in carenza di ossigeno (ipossia). In questo modo hanno determinato tratti di DNA che reagiscono ai livelli di ossigeno presenti nelle cellule e, in carenza di O2, attivano la produzione dell’ormone eritropoietina e un insieme di altre risposte cellulari.
In presenza di infezioni o tumori che bloccano l’affluenza di ossigeno ad una determinata parte di un tessuto, le cellule sono in grado di rispondere anche con l’angiogenesi, la formazione di nuovi vasi sanguigni per sopperire alla carenza di ossigeno dovuta all’ostruzione delle vie di trasporto.
Nel 1992, i premiati scoprirono un complesso di proteine denominato Hif, (hypoxia-inducible factor) che si attivano in carenza di ossigeno e intervengono nel metabolismo cellulare. Ma il processo è risultato molto complesso e comporta l’intervento di specifici geni nei processi metabolici, perciò gli studi premiati quest’anno sono anche la base per ulteriori ricerche, anche per lo sviluppo di nuovi farmaci antitumorali.
Vedi anche: Mitocondri, c’è ancora da scoprire; Organuli che forniscono energia alla cellula.

Mitocondri: c’è ancora da scoprire

Si sa che i mitocondri sono la “centrale energetica” delle cellule eucariote e sono organuli a forma di fagiolo immersi nel citoplasma. Le famose reazioni della respirazione cellulare, riassumibili nell’equazione C6H12O6 + CO2 → 6CO2 + 6H2O + ATP (Adenosina trifosfato), avvengono proprio nei mitocondri.
Sulla struttura e le funzioni dei mitocondri vedi il post di alcuni anni fa: Organuli che forniscono energia alla cellula.
     Recenti ricerche dimostrano che i mitocondri hanno anche altri compiti oltre a produrre energia. Compiti in parte sconosciuti. In un articolo pubblicato il 18 marzo scorso sulla rivista QuantaMagazine.org, i ricercatori hanno evidenziato che che i mitocondri mutano spesso la loro forma, fondendosi tra di loro e allungandosi, oppure dividendosi e restringendosi. Sono organuli caratterizzati da un forte dinamismo e non statici come si è pensato per quasi un secolo. Questi mutamenti sono accompagnati da altre funzioni, come aveva ipotizzato qualche ricercatore un paio di decenni fa. Oggi, secondo Navdeep Chandel, professore di biochimica e biologia molecolare alla Northwestern University e i suoi colleghi, questi organuli producono anche segnali e messaggi biochimici che controllano altri processi cellulari oltre alla respirazione. Sono state scoperte molecole instabili contenenti ossigeno, rilasciate durante la produzione di energia immagazzinata nelle famose molecole di ATP. Queste molecole, indicate con la sigla ROS (reactive oxygen species), escono nel citoplasma e si pensa intervengano anche nell’espressione delle proteine che regolano la sopravvivenza dell’intera cellula.
Ma il gruppo di Chandel e altri ricercatori hanno scoperto altre funzioni, ancora più sorprendenti, dei segnali emessi con le molecole ROS: promuoverebbero la differenziazione di vari tipi di cellule staminali, anche quelle delle cellule del sangue e dei neuroni. Queste nuove e insospettate funzioni dei mitocondri hanno aperto vasti campi di ricerche biochimiche su questi organuli e sugli altri organuli cellulari che sembrano molto più interdipendenti di quello che si pensava. Sono collegate anche le loro funzioni a quanto pare. La biochimica cellulare è in gran parte sconosciuta!
Per approfondire, vedi l’articolo originale su QuantaMagazine.org .
Sui mitocondri vedi anche i video: Mitocondri_1; Mitocondri_2 (avanzato).